
Se difuminan las distinciones entre la nanotecnología y la biofísica
24 julio 2009 — Máquinas a escala molecular —en la literatura actual es necesario seguir leyendo para saber si un reportaje está hablando sobre máquinas fabricadas por el hombre o en las células vivientes. Ambas emplean las leyes de la física para realizar sus operaciones. Observemos la continuidad entre ambos mundos en los ejemplos que siguen.
- La andadura de la kinesina por la cuerda floja: Científicos en la Universidad Northwestern están elucidando cómo las «máquinas andantes» de kinesina pueden mantenerse en su curso. Escribiendo en PNAS,1 decían: «La kinesina I puede andar sobre un microtúbulo a distancias tan largas como varias micras. Sin embargo, todavía no está claro como este motor molecular puede permanecer sujeto al microtúbulo a través de los cientos de los ciclos mecanoquímicos necesarios para alcanzar este extraordinario grado de procesividad». Descubrieron que estas máquinas de andadura sobre la cuerda floja mantienen dos pies (en realidad designados como «cabezas») sobre la cuerda floja (el microtúbulo) a la vez (por así decirlo), mantienen uno de los pies bien sujeto, mueven el otro pie rápidamente, y mantienen los dedos insertos en la cuerda. «Estas 4 características reducen la probabilidad de que un motor de kinesina I se disocie y contribuyen a hacer que este motor sea sumamente procesivo», concluían.
Animación de la andadura de la kinesina sobre los microtúbulos.
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- Espectrómetro molecular de masas: Los científicos del Instituto Tecnológico de California [Caltech] están desarrollando un espectrómetro de masas unimolecular, según informaba Science Daily. El artículo citaba las siguientes palabras de Michael Rourkes: «La siguiente generación de instrumentación para las ciencias de la vida —especialmente para la biología de sistemas, que nos permite realizar la retroingeniería de los sistemas biológicos— posibilitará el análisis proteonómico con un gran rendimiento». Para un reciente artículo sobre biología de sistemas, véase 24/07/2009).
- La sobria navegación de la miosina: Otro motor celular que anda es la miosina. Lo mismo que la kinesina, puede desplazarse a largas distancias en sus carreteras de actina sin caerse. Los científicos se habían preguntado si los motores emplean una andadura aleatoria, como un peatón ebrio. Esto no tendría sentido para un sistema de entrega de materiales como sucede con el proceso miosina-actina, de modo que un equipo de científicos en el Institut Curie de París usaron puntos cuánticos para observarlos en tiempo real. Descubrieron que la andadura aparentemente aleatoria era la comprobación por parte del motor de cada intersección en la red entrecruzada de carriles de actina. En un reportaje en Science Daily, el doctor David Warshaw presentaba a la «Madre Naturaleza» en el papel de ingeniero de nanotecnología en su explicación: «Así, el reparto de materiales en las células no puede ser un proceso completamente aleatorio; usando el método que hemos descrito aquí podemos caracterizar cómo los motores y los materiales se articulan y así comprender los principios de diseño de ingeniería que usa la Madre Naturaleza para garantizar un reparto eficiente y efectivo del material dentro de las células».
- Tubos de carbono a escala nano: Los nanotubos de carbono han estado muy de moda en nanotecnología desde hace varios años. Son rígidos y fuertes en relación con sus dimensiones extremadamente pequeñas. Science Daily informaba de un nuevo uso para los mismos: pesar átomos uno por uno. «Pero lo realmente apasionante sería el seguimiento de reacciones químicas y biológicas implicando átomos y moléculas individuales reaccionando justo ahí sobre el nanotubo en vibración», decía el reportaje. «Esto podría tener aplicaciones en biología molecular, permitiendo a los científicos estudiar los procesos fundamentales de la vida con un detalle sin precedentes.»
- Piruetas a propósito: Science comunicaba esta semana que los flagelos de la Chlamydomonas (un alga) pueden pasar al modo pirueta a propósito: para una actuación sigilosa.2
Una de las proezas más extraordinarias y difundidas en el mundo microscópico es la coordinación de flagelos, las ligeras estructuras semejantes a latiguillos que sobresalen de muchos tipos de células. El movimiento colectivo de los flagelos (conocidos también como cilios cuando aparecen en grandes cantidades en eucariotas) impulsa el transporte en fluidos, y permite a los individuos ahorrar energía mediante la cooperación. Debido a que la estructura interna de los cilios está sumamente conservada entre los eucariotas desde las algas hasta los humanos, los organismos de natación libre como el Chlamydomonas (véase la primera figura, panel A) han sido durante mucho tiempo unos valiosos sistemas modelo. En la página 487 de este número, Polin et al. exhiben cómo la sincronización de los flagelos en la Chlamydomonas reinhardtii gobierna el movimiento de esta alga verde por el agua, lo que es un determinante clave de su idoneidad ecológica.
Resulta que las células sincronizan sus flagelos durante unos 11 segundos, realizando una especie de natación en braza. Luego se desincronizan y realizan piruetas, haciendo giros bruscos. Los científicos creen que esto es en realidad una estrategia de evasión para escapar de depredadores.
- Control de la luz. Los brillantes colores de los escarabajos se deben a la nanotecnología. En otro artículo en Science,3 Sharma et al elucidaron que las estructuras en las células de las escamas de un escarabajo «son estructural y ópticamente análogas a los dominios cónicos focales formados espontáneamente en la superficie libre de un cristal líquido colestérico. Estas texturas proporcionan la base para la morfogénesis así como datos clave para emular la intrincada respuesta óptica del exoesqueleto de los escarabajos». Los cristales líquidos son también estructuras destacadas en muchos objetos de factura humana, como los relojes y calculadoras digitales.
En el mismo número de Science,4 Pete Vukusic comentaba acerca del descubrimiento, diciendo que añade a las tecnologías que usan los escarabajos. Las escamas también exhiben una nanoestructura helicoidal que puede proporcionar resistencia mecánica. «Sin embargo, se puede mantener que la ultraestructura helicoidal del escarabajo es de producción demasiado compleja y demasiado costosa sin el beneficio de una ventaja adecuada de selección óptica», decía, «como una comunicación por señales efectiva. La intensa reflexión circular polarizada que se observa en los escarabajos puede, por ejemplo, desempeñar una función en las comunicaciones intraespecíficas». En Science News se puede encontrar un reportaje de divulgación acerca de este descubrimiento.
Pero acerca de cómo estas tecnologías llegaron a la existencia, Vukusic no tiene ni idea. «Con unas pocas excepciones dignas de mención», dice, «los procesos de formación de estos sistemas de insectos no se comprenden tan bien como sus procesos fotónicos.»
1. Toprak, Yildiz, Hoffman, Rosenfeld and Selvin, «Why kinesin is so processive», Proceedings of the National Academy of Sciences, publicado en línea antes de su impresión, 15 de julio de 2009, doi: 10.1073/pnas.0808396106.
2. Roman Stocker and William M. Durham, «Microbiology: Tumbling for Stealth?», Science, 24 de julio de 2009: Vol. 325. no. 5939, pp. 400-402, DOI: 10.1126/science.1177269.
3. Sharma, Crne, Park y Srinivasarao, «Structural Origin of Circularly Polarized Iridescence in Jeweled Beetles», Science, 24 de julio de 2009: Vol. 325. no. 5939, pp. 449-451, DOI: 10.1126/science.1172051.
4. Pete Vukusic, «Evolutionary Photonics with a Twist», Science, 24 de julio de 2009: Vol. 325. no. 5939, pp. 398-399, DOI: 10.1126/science.1177729.
El descubrimiento de que los sistemas biológicos usan las mismas leyes de la física a escala molecular que los sistemas artificiales tiene al menos dos importantes consecuencias para la filosofía. Una de ellas es el desvanecimiento de una forma de vitalismo que afirmaba que la materia biológica es fundamentalmente diferente de la no biológica. La decadencia del vitalismo comenzó cuando Wohler sintetizó urea en el laboratorio en 1828, demostrando que una sustancia orgánica podía elaborarse con leyes conocidas de la química. Esta consecuencia podría parecer contraria al teísmo, pero hay un aspecto importante a considerar y que niega esta apariencia: el descubrimiento de que la vida usa instrucciones codificadas y procesos de fabricación para emplear estas leyes y disponer estos materiales de modos llenos de propósito. Si los humanos empleamos principios de diseño en nuestra nanotecnología, y luego detectamos estos mismos principios operando en los sistemas biológicos, la inferencia a la mejor explicación es que también hubo principios de diseño implicados en su origen. Este tema recibe una amplia explicación en el nuevo libro de Steven Meyer Signature in the Cell (véase Recurso de la semana para el 4 de julio). Esta conclusión adquiere tanto más peso de convicción cuando nuestros mejores científicos no pueden determinar cómo lo hizo, según ellos, la «Madre Naturaleza». Un modo claro de privar a Dios Creador de su gloria, para atribuirla a lo que en realidad es Su creación. Véase Romanos 1:18-22, 25.
Fuente: Creation·Evolution Headlines – Nanotech Blurs Line With Biophysics 24/07/2009
Redacción: David Coppedge © 2009 Creation Safaris – www.creationsafaris.com
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2009 – www.sedin.org
Con franqueza y sinceridad: ¿Está la comunidad científica impregnada de intolerancia? Una carta de un grupo de científicos preocupados aparecía hoy en Nature (23 de julio, 2009) donde este grupo «pide que se establezca un proceso científico objetivo, exento de programas políticos o financieros, para ayudar a prevenir la subversión del proceso científico y la intolerancia hacia la discrepancia científica que impregna la cuestión del clima». Preguntas: ¿Es concebible que una mayoría de científicos esté equivocada? ¿Podría suceder en otras cuestiones, como el evolucionismo? ¿Cuál es la probabilidad de que el consenso esté equivocado al aumentar la complejidad de los datos? Véase Las monoculturas académicas sabotean la creatividad científica.
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Publicado por Santiago Escuain para Boletín de SEDIN el 7/31/2009 01:14:00 PM


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