Es la época en la que muchos de los seres vivos con los que compartimos el planeta reinician sus ciclos vitales. Las flores de muchas plantas se abren, los árboles liberan ingentes cantidades de polen, nacen las crías de muchas especies de mamíferos y muchas de las pequeñas aves cantoras están tremendamente atareadas sacando adelante a sus primeras nidadas del año.

Es la época del DESCONFINAMIENTO.

Quizás no de nuestro desconfinamiento, de nuestra liberación de la asoladora pandemia que con el nombre de COVID-19 nos ha mantenido (y nos mantiene) casi aletargados, encerrados (a la mayoría de nosotros) durante la mayor parte del día y de la noche en nuestros hogares (los que tenemos la suerte de disponer de uno), pero sí de muchas especies que han permanecido durante todo el año escondidas, encerradas en sus habitaciones subterráneas.

Entre esas especies se encuentran, cómo no, las termitas, las reinas secretas de los bosques. Es durante estos días cuando los individuos sexuados, es decir, las termitas que tienen la capacidad de reproducirse, las que son machos o hembras, abandonan sus oscuros pasadizos subterráneos y salen a la luz del día. Viajan por sus estrechos túneles escoltados por un regimiento de soldados de grandes cabezas y poderosas mandíbulas hasta las aberturas superficiales de sus termiteros, y allí se reúnen en grandes enjambres de varios cientos o miles de individuos ansiosos por encontrar una pareja con la que formar un nuevo termitero en algún lugar no demasiado alejado.

Muchas habrán perdido sus frágiles alas durante su recorrido subterráneo y serán incapaces de levantar el vuelo. Esas estarán condenadas a establecerse, si tienen suerte, en un lugar cercano a su origen. Otras, por el contrario, habrán podido conservar sus alas y podrán iniciar su delicado y poco vigoroso vuelo nupcial en busca de una pareja y de un lugar más alejado.

A partir e ese momento, tanto unas como otras se enfrentarán a los numerosos peligros que en forma de reptiles, aves, arañas y otros insectos, les acechan en todos los rincones de su mundo, que también es el nuestro.

Son las alegrías y los riesgos del DESCONFINAMIENTO, un frágil equilibrio entre libertad y muerte.

Aquí os dejamos un pequeño vídeo que hemos grabado durante el desconfinamiento de un grupo de termitas este mes de Mayo.

Además, si os interesa el tema y queréis ampliar información, en nuestro canal de YouTube tenemos la serie completa de «Termitas. Las reinas secretas de los Bosques».

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Sin embargo, la entendamos o no la entendamos, la mayoría de sus postulados, basados en la probabilidad y la estadística, parecen un buen reflejo de lo que sucede en el mundo físico (¿acaso hay otro?).

La situación generada por la pandemia COVID-19, causada por el coronavirus SARS-CoV-2, quizás podría permitir comprender, a grandes rasgos y de forma poco ortodoxa, uno de los experimentos teóricos más controvertidos de cuantos se han llevado a cabo en el campo de esta rama de la física.

En 1935, el físico austriaco Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (lo dejaremos en Schrödinger, que el nombre es muy largo), tras haber recibido el premio Nobel de Física en 1933 y mantener una frecuente relación epistolar con Einstein (para el que la mecánica cuántica era la demostración de que hay fenómenos y leyes naturales que se nos escapan), se inventó un curioso experimento al que se ha llamado “experimento del gato de Schrödinger o “la paradoja de Schrödinger”.

Básicamente, se trata de imaginarse una caja opaca en cuyo interior hay un frasco con un gas venenoso y un dispositivo con una partícula radiactiva. La probabilidad de que la partícula radiactiva se desintegre durante el experimento es 0.5, es decir, el 50 %, y si se desintegra, provoca que se libere el gas venenoso del interior del frasco.

Ahora metemos en esa caja, ya preparada, un gato (no sé si Schrödinger tenía algún tipo de manía o inquina insospechada contra estos felinos) y la cerramos.

El gato no es inmune al veneno del frasco, así que la probabilidad de que el gato muera si el veneno se libera es 1, es decir, el 100 %.

Como la caja es opaca, no podemos saber lo que ha pasado dentro de ella. ¿Se habrá desintegrado la partícula radiactiva? ¿Estará el gato muerto?

Según las premisas del experimento ―recordemos que la probabilidad de que la partícula radiactiva se desintegrase era de 0.5― la probabilidad de que el gato esté muerto es la misma que la de que esté vivo, es decir, la mitad, 0.5. Eso no significa que el gato esté medio vivo o medio muerto. El gato solo puede estar en una de las dos situaciones, o vivo o muerto.

Los postulados teóricos de la mecánica cuántica nos indican que el gato que está dentro de la caja está vivo y muerto a la vez, puesto que ambos estados tienen la misma probabilidad. Pero eso es intuitivamente muy difícil de comprender, puesto que nuestra experiencia real nos indica que ese gato debe estar vivo o muerto, pero no ambas cosas a la vez, pero no podemos saberlo con certeza porque no lo podemos ver.

Collage Schrödinger, coronavirus y Guspirus.

Cambiemos ahora los protagonistas y el medio planteado por Schrödinger y tomemos elementos más actuales y comprensibles.

Cambiemos la caja por nuestro modelo social y económico, el gato por cualquiera de nosotros, el frasco con gas venenoso por nuestro epitelio pulmonar y, para redondear el elenco, cambiemos también la partícula radiactiva por la partícula vírica del maldito SARS-CoV-2.

Debemos tener en cuenta, sin embargo, que hay una “sutil” diferencia. Schrödinger jugó con ventaja. Él se inventó el experimento y puso la condición de que la probabilidad de que la partícula se desintegrase era 0.5, cosa que en nuestro experimento no parece cierta.

Ahora hagámonos la misma pregunta: ¿está el gato vivo o está muerto? ¿Estoy infectado o no?
No podemos estar infectados y no infectados al mismo tiempo (o eso es lo que nuestra intuición nos obliga a pensar), así que ¿cómo despejar las dudas? La única manera que tenemos para hacerlo es abriendo la caja o, en nuestro caso, haciéndonos la prueba.

¿Universos paralelos o universos para lelos?

En 1957, un físico estadounidense llamado Hugh Everett III propuso una teoría para no tener que condenar al gato: la teoría de los “universos paralelos” o de los “universos múltiples”.

Según Everett, el gato sí que está vivo y muerto al mismo tiempo, pero en universos distintos. Es decir, en un universo puede estar vivo (no se ha desintegrado la partícula radiactiva) mientras que en otro universo puede estar muerto (la partícula radiactiva se ha desintegrado).

Difícil de entender ¿eh? Pues sí, muy difícil. Pero es que a los físicos teóricos les gustan estas cosas. Son “contraintuitivos”, como ellos mismos se definen en ocasiones (y que me perdonen los físicos teóricos, nada más lejos de mi intención que faltarles al respeto).

Creo que la mayoría de nosotros nos quedamos lelos, alelados, zurumbáticos o pasmados ante tales elucubraciones teóricas, y para intentar comprenderlas (al menos mínimamente) necesitamos transformarlas en algo más comprensible.

Utilizando la terminología de la física teórica, quizás podríamos decir que necesitamos utilizar la “decoherencia cuántica” para convertir un fenómeno cuántico en un fenómeno clásico, un fenómeno explicable por la física clásica, la de toda la vida, la de Sir Isaac Newton, la del principio de acción-reacción.

Por eso necesitamos abrir la caja y comprobar qué ha pasado, y no en múltiples universos paralelos “everetianos”, sino en este universo clásico “newtoniano” en el que intuimos que desarrollamos nuestra existencia aunque a duras penas lo comprendamos.

Por eso necesitamos que los datos que se nos ofrecen sean datos reales y estén extraídos de la observación de fenómenos reales clásicamente cuantificables y en condiciones comparables. Solo de esa manera las conclusiones serán coherentes y no necesitaremos viajar a “otros universos” para evadir la responsabilidad de abrir la caja en este.

Por desgracia esa no parece ser la situación actual. Basta con ver, escuchar o leer las informaciones que nos ofrece la mayoría de los medios de comunicación para darnos cuenta de que las conclusiones no son coherentes. Las conclusiones coherentes solo las obtendremos si utilizamos el mismo tipo de datos, es decir, si utilizamos los resultados de experimentos llevados a cabo en las mismas condiciones. Y no es eso lo que está sucediendo.

Las mayor parte de las interpretaciones estadísticas (tan manidas últimamente) que se nos ofrecen sobre la evolución de la COVID-19 son, cuando menos, falsarias y no nos permiten adquirir una visión clara de la misma.

Es más, parece que nuestros medios de comunicación se han hecho “everetianos”, puesto que cada uno de ellos vive en un universo diferente. Un universo dominado por un nuevo tipo de física que no es ni cuántica ni clásica sino partidista, y cuyas leyes responden al interés particular de cada grupo.

Y mientras ellos nos ofrecen la visión de sus multiversos particulares nosotros seguimos aquí, esperando poder abrir la caja en este universo nuestro para saber si el gato está vivo o muerto.

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La respuesta a esta pregunta es realmente sorprendente: ¡Porque vuelan!

Sorprendente, ¿no?

Los que os conforméis con esta respuesta, que es absolutamente cierta, no hace falta que continuéis leyendo. Pero si no os conformáis con ella, si queréis saber qué tiene que ver la capacidad de volar con la protección ante los coronavirus, aquí os lo cuento.

Vayamos por partes.

Los murciélagos son los únicos mamíferos capaces de volar realmente, no de planear ayudados por extensiones de la piel como hacen algunas ardillas voladoras, sino de volar con vuelo batido, es decir, moviendo esas patas anteriores transformadas en alas por las que les hemos dado, como vimos en otra de las entradas anteriores del blog (https://scienceintoimages.blogspot.com/2020/03/no-seamos-jokers-dejemoslos-en-paz.html), el nombre científico de “quirópteros”.

El aire es muy poco denso, y mantenerse flotando en él mediante el movimiento de las alas supone un tremendo esfuerzo que requiere toda una serie de adaptaciones tanto anatómicas como morfológicas y fisiológicas.
Las adaptaciones morfológicas y anatómicas de los murciélagos para el vuelo son bien conocidas y evidentes, pero no sucede lo mismo con las adaptaciones fisiológicas, esas no se ven a simple vista. Sin embargo, es en esas adaptaciones donde radica su secreto.

Volar es muy “costoso” energéticamente.

El vuelo está considerado como una actividad muy costosa desde el punto de vista metabólico, es decir, una actividad que obliga a las células del animal a realizar un gran esfuerzo y, en consecuencia, a utilizar una enorme cantidad de energía.

Pipistrellus sp. (Barracuda 1983)

El corazón de un murciélago antes de iniciar el vuelo late aproximadamente con una frecuencia de 6 latidos por segundo (variable entre las diferentes especies). Eso supone 360 latidos por minuto. Sin embargo, durante los primeros dos minutos de vuelo esa frecuencia se eleva hasta los 13 latidos por segundo (780 latidos por minuto) y sigue creciendo cuando el murciélago comienza el vuelo de caza. Y algo parecido sucede con la respiración, que pasa de 3 inspiraciones por segundo en reposo antes del vuelo (180 inspiraciones por minuto) a 9,6 inspiraciones por segundo en pleno vuelo (576 inspiraciones por minuto). A diferencia de lo que sucede con el latido cardiaco, la frecuencia de la respiración se mantiene más o menos constante durante todo el tiempo de vuelo.

En conjunto, teniendo en cuenta todas las variables (frecuencia cardiaca, frecuencia respiratoria, consumo de oxígeno, etc.) un murciélago en vuelo puede multiplicar por 34 su tasa metabólica, es decir, exige a sus células (principalmente a las musculares encargadas del movimiento de las alas) un trabajo 34 veces superior al que desarrollan cuando el animal está en reposo, colgado tranquilamente del techo de su cueva.

Para hacernos una idea de lo que eso supone, pensemos que la tasa metabólica de un roedor, por ejemplo un ratón del mismo peso y tamaño que el murciélago, se multiplica “solo” unas 7 veces al pasar de estar en reposo a estar corriendo. ¡El murciélago 34!

Ese incremento de la tasa metabólica significa, a grandes rasgos, que las células del murciélago consumen 34 veces más energía cuando está en vuelo que cuando está en reposo, y que, evidentemente, los mecanismos celulares que ponen a disposición de las células esa enorme cantidad de energía tienen que estar funcionando “a tope”.
Generar la energía necesaria…

Para generar la energía que el murciélago necesita para volar, sus células (como las células de todos los animales) llevan a cabo una serie de reacciones químicas (10) que, en conjunto, reciben el nombre de glucolisis. Básicamente, estas 10 reacciones en cadena rompen una molécula de glucosa (el azúcar que constituye la principal fuente de la que las células obtienen energía)y la convierten en dióxido de carbono y agua. Además, durante ese proceso se produce energía.

Generalmente a los científicos les gustan las ecuaciones, de manera que podemos escribir este proceso mediante esta ecuación que, en conjunto, resume las diez reacciones químicas de las que hemos hablado:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6H₂O + 6CO₂ + 38ATP

Traducida al lenguaje “normal”, esa ecuación significa que nuestras células, en condiciones óptimas, durante la glucolisis transforman cada molécula de glucosa (C6H12O6) en seis moléculas de agua (6H2O) y seis moléculas de dióxido de carbono (6CO2). Y que la energía que se libera al “romper” la glucosa se almacena en 38 moléculas de un compuesto especialmente importante llamado Trifosfato de Adenosina (ATP por las siglas inglesas de Adenosin-Tri-Phosphate) que podríamos considerar como la “moneda energética de la célula”, la sustancia utilizada para el intercambio de energía entre las diferentes reacciones que llevan a cabo las células. Este almacenamiento de energía en forma de ATP se lleva a cabo mediante un proceso que recibe el nombre de fosforilación oxidativa en unos orgánulos que se encuentran en el interior de las células (las mitocondrias) y que son los responsables de la respiración celular.

En conjunto, se calcula que cerca del 90% de toda la energía utilizada por las células proviene de ese proceso al que llamamos fosforilación oxidativa, por lo que es evidente que resulta de vital importancia en el metabolismo de cualquier animal.

Sin embargo, como resultado de este proceso, también se generan algunos compuestos que resultan peligrosos para las células. Entre esos compuestos, y de manera muy destacada, aparecen los que se conocen como “especies reactivas de oxígeno” (ROS por las siglas inglesas de Reactive Oxygen Species).

Aunque así, a primera vista, ese nombre nos suene como algo raro, seguro que hemos oído hablar de ellos en numerosas ocasiones, incluso en los anuncios de cosméticos y de alimentación que invaden los canales de televisión, ya que algunos de ellos son lo que conocemos como “radicales libres”. También hemos oído hablar muchas veces de alimentos “antioxidantes” y de cosméticos “antienvejecimiento”, y todos ellos se basan en la lucha contra estos ROS liberados durante el proceso de fosforilación oxidativa que tiene lugar en nuestras células (y también en las de los murciélagos, claro).

…también genera problemas.

No es difícil pensar que si el proceso de fosforilación oxidativa produce elementos potencialmente “dañinos” para las células, cuanta mayor intensidad tenga este proceso, es decir, cuanta más energía se utilice, más cantidad de esos elementos dañinos se producirán y, en consecuencia, mayor será la probabilidad de que las células sufran algún tipo de daño.

Uno de los efectos negativos que provocan estos ROS en las células es que provocan daños en el DNA (por las siglas en inglés de Desoxiribonucleic Acid) y que propician la salida de DNA desde el núcleo al citosol, es decir, provocan que trozos de DNA queden “nadando” en el citosol, que es el líquido que rellena las células y en el que se encuentran todos los orgánulos celulares. Estos fragmentos de DNA que salen al citoplasma se llaman DNA citosólico, y su presencia, que siempre es indicador de algún problema, origina una potente respuesta inmunitaria por parte de la propia célula que se conoce como respuesta inmune innata y que puede provocar problemas de autoinmunidad, es decir, daños en las células y tejidos del propio organismo.

La lucha de las células contra un agente infeccioso (un virus o una bacteria) provoca un incremento de la tasa metabólica que, como hemos comentado anteriormente, incrementa a su vez la producción de ROS derivada de los procesos de fosforilación oxidativa que tienen lugar en las mitocondrias. Y no solo aumenta la cantidad de ROS derivados del trabajo de las mitocondrias de la célula infectada, sino también la de los ROS producidos por algunos tipos de glóbulos blancos de la sangre, que producen estas sustancias para “matar” al patógeno y para incrementar la activación de los linfocitos T, uno de los elementos más importantes del sistema inmunitario.

Vemos, así, que la presencia de estos ROS puede tener una triple vertiente: a) desencadenan los mecanismos de la respuesta inmune innata celular, b) pueden actuar como “señales” para el desencadenamiento de la respuesta inmune adquirida, y c) pueden provocar daños en las células y los tejidos del animal infectado.

Por lo que hemos visto hasta ahora parece que eso de volar, lo único que acarrea a los pobres murciélagos son problemas: eleva su tasa metabólica, incrementa la producción de ROS, aumenta la probabilidad de sufrir daños celulares… Vamos, que a primera vista parece que eso de volar es una mala idea.

Sin embargo, como también sabemos, los murciélagos llevan alrededor de 52 millones de años volando y haciendo frente a todos esos problemas. Además han sido capaces de alcanzar un enorme éxito evolutivo (es el segundo grupo de mamíferos más abundante en especies por detrás de los roedores) y colonizador (habitan en la práctica totalidad de los continentes excepto en la Antártida).

Así que los murciélagos, además de tener una sorprendente carga de virus en su organismo y de sufrir el estrés metabólico que supone el extraordinario consumo de energía necesario para el vuelo, son capaces de regular su respuesta autoinmune evitando su sobreactivación y la inflamación derivada de ella. Parece lógico que tengan un sistema especial para ello ¿no?

Pues sí. Los murciélagos tienen un sistema para sobrellevar todo eso. O, mejor dicho, a los murciélagos “les falta” un sistema.

El sistema que “falta”.

Y el sistema que tienen todos los mamíferos y que les falta a los murciélagos ¡y solo a los murciélagos! es un conjunto de genes conocidos como genes PYHIN, que en nosotros, los humanos, se encuentran localizados en el cromosoma 1.

El nombre de PYHIN hace referencia a que las proteínas codificadas por esos genes poseen un dominio PYRIN o PYD (por las siglas en inglés de Pyrin Domain) y un dominio HIN (por las siglas en inglés de hematopoietic expression, interferon-inducible nature y nuclear localization).

Sin profundizar más en la base genética podemos concluir que, básicamente, se trata de un conjunto de proteínas relacionadas con la activación del interferón (una proteína que activa el sistema inmunitario).

Estas proteínas son sensores de DNA intracelular y son las responsables de activar lo que se conoce como inflamasoma (un complejo formado por varias proteínas y que es responsable de la activación de la respuesta inflamatoria), así como las vías de respuesta basadas en el interferón, que son los mecanismos principales utilizados por nuestro organismo para desencadenar la respuesta inmunitaria.

Las proteínas codificadas por los genes de la familia PYHIN activan otro conjunto de genes que se conocen con el nombre de “genes estimuladores del interferón” o STING (por sus siglas inglesas Stimulator Interferon Genes), que en nosotros, las personas, están localizados en el cromosoma 5.

Nosotros tenemos 23 pares de cromosomas, y en ellos están localizados todos nuestros genes, sin embargo, el enorme y diverso grupo de los murciélagos engloba especies con un número de pares de cromosomas muy variable, desde 14 pares hasta 62 pares. Eso hace que no se pueda determinar una localización concreta de este grupo de genes (STING) para todos los murciélagos, sino que varíe en función de la especie.

De cualquier manera, estén localizados en el cromosoma que sea, la función de este grupo de genes es siempre la misma, desencadenar la respuesta inmunitaria mediante la activación del interferón.

Pero hemos visto que los genes STING son activados (entre otros factores) por las proteínas codificadas por otro grupo de genes, los genes de la familia PYHIN, de manera que si estos últimos no existen, la activación de los STING será mucho más débil.

¡Y ese es el secreto de los murciélagos!

No tienen genes PYHIN y, en consecuencia, la activación de los genes STING es mucho menor.

De esa manera, la posibilidad de que esa activación de los genes estimuladores del interferón acabe produciendo una respuesta inmunitaria demasiado potente, que pudiera poner en peligro al propio animal debido a procesos de autoinmunidad, prácticamente desaparece.

Haciendo un repaso de todo esto, resulta que los murciélagos han perdido el conjunto de genes PYHIN durante sus 52 millones de años de evolución como adaptación para poder sobrellevar el estrés energético que supone el esfuerzo de volar, y como consecuencia de eso, han visto debilitada la activación de la respuesta inmunitaria contra los virus presentes de forma habitual en su organismo. De esa manera, pueden coexistir con ellos sin que su sistema inmunitario desencadene una respuesta inflamatoria que los podría poner en peligro.

En definitiva, su resistencia a la enfermedad, es el resultado de un complicado equilibrio entre su sistema inmunitario y la infección vírica, manteniendo una activación equilibrada de la respuesta contra la infección sin desencadenar una sobreactivación de la misma.

¡Y todo porque son capaces de volar!

La entrada ¿Por qué los murciélagos no enferman por coronavirus? se publicó primero en Science into Images.

Aunque la mayor parte del contenido está en catalán, también hay recursos en castellano e inglés. Para
motivar la participación, se plantean actividades como concursos, experimentos y enigmas, que estarán premiados con ejemplares del cómic “De Tierra o de Mar” y otras sorpresas. Conocer los organismos más
desconocidos del océano, comprender los procesos que rigen sus ritmos o distinguir los diferentes tipos de organismos en el fondo marino son algunas de las actividades que proponen los investigadores.
Además, cada semana se ofrecerá la posibilidad de sumarse a actividades en directo y de participar en pequeños concursos.

El proyecto está ubicado en ICM Divulga, la web de divulgación científica del ICM. Está disponible al público a partir del viernes 27 de marzo, y se subirán contenidos nuevos diariamente, de lunes a viernes. El Océano en casa abordará temas como la biodiversidad marina, los diferentes ecosistemas y el papel del océano en la regulación del clima y en la sociedad. Está orientado principalmente a niños y niñas de primaria, aunque cualquier persona podrá disponer de los recursos para adaptarlos a su preferencia.

Los recursos disponibles son de origen diferente, algunos han sido creados especialmente para la plataforma, mientras que otros son externos o pertenecen a proyectos pasados.

Un equipo de siete investigadores ha colaborado en la elaboración de nuevo contenido para nutrir la web.

Asimismo, en cualquier momento, se podrán enviar dudas, reflexiones o compartir los resultados a través del correo electrónico: oceanliteracy@icm.csic.es.

Desde Science into Images, aplaudimos la iniciativa y os animamos a participar de ella y en ella. Seguro que todos aprendemos un poco (o un mucho) más sobre los ecosistemas más extensos de nuestro planeta, los océanos.

Además, el equipo de Science into Images colaboramos humildemente con el proyecto aportando algunas de nuestras producciones audiovisuales. Una colaboración que se suma a las que estamos llevando a cabo con algunos equipos de investigación de ese instituto desde hace ya algunos años.

La entrada “El Océano en casa” se publicó primero en Science into Images.