domingo, 22 de mayo de 2016

Los experimentos más bellos de la Biología 3. Cuando la Biología juega a la ciencia ficción: el experimento de Miller y Urey


En Física y Matemáticas el concepto de singularidad está relacionado con circunstancias poco habituales, en las que no pueden aplicarse directamente las leyes ordinarias, que funcionan en el resto de los casos. Los ejemplos más conocidos de singularidad física son el Big Bang o los agujeros negros.

En Biogía también hay singularidades, aunque sean de menor escala que las físicas. Así, cada vez que se explica la teoría celular y uno se permite la pedantería de rematar con el latinajo ese de Virchow, el de "Omnia cellulla ex cellulla", es inevitable que alguien pregunte aquello de... ¿Y la primera célula? ¿De dónde venía?

Sí, claro, la aparición de la primera célula es una singularidad biológica, porque es evidente que la Teoría Celular no puede aplicarse antes de que haya células... Del mismo modo, yendo un poco más atrás, hay otra discontinuidad parecida: la aparición de las primeras moléculas orgánicas.

Definimos la materia orgánica como aquella que forma parte exclusivamente de los seres vivos, y que ha sido producida por ellos. Así que, si son necesarios los organismos para producir materia orgánica ¿cómo se formaron los primeros compuestos orgánicos? De nuevo una singularidad.

Algo curioso de las singularidades es la fuerza con la que atraen nuestra atención, posiblemente porque permiten que especulemos, que dejemos volar nuestra imaginación casi con total libertad, precisamente porque las soluciones a los problemas que plantean no están limitadas por las leyes ordinarias. Entre los científicos también ocurre lo mismo, y no faltan los ejemplos de teorías especulativas que tratan de explicar estos eventos especiales.

Pero lo que distingue a la ciencia de la literatura especulativa es la obligación de comprobar las conclusiones a las que llega, y ahí es donde se sitúa el experimento de Miller y Urey.

El problema de partida

El experimento de Miller y Urey se enmarca dentro de la resolución de uno de los grandes problemas de la Biología de todos los tiempos: ¿cómo se originó la vida? Hasta el siglo XIX habían predominado las ideas que defendían la generación espontánea, la posibilidad de que la vida surgiera de la materia orgánica prácticamente en cualquier momento o lugar. Pasteur, con uno de los más bellos experimentos de la Biología, consiguió desterrar definitivamente esta idea.

Paradójicamente, los experimentos de Pasteur dejaron a la Biología huérfana de una explicación plausible para este problema.  Se desarrollaron entonces teorías que proponían la "continuidad de la vida": puesto que los seres vivos no podían desarrollarse a partir de materia inerte, la vida debía haber existido siempre. Esa era, por ejemplo, la opinión de lord Kelvin, el famoso físico que da nombre a la escala absoluta de temperatura (y que, dicho sea de paso, tuvo menos suerte con sus opiniones en otros campos como la edad de la Tierra). Pero el defensor más importante de las teorías que proponían la continuidad de la vida fue Arrhenius, el químico sueco que, además de explicar los conceptos de ácido y base fue también el autor de la teoría de la panspermia.

En pocas palabras, la teoría de la panspermia sugiere que el espacio interestelar está ocupado por seres vivos microscópicos que se van moviendo a su través a gran velocidad empujados por la "presión de los rayos solares". Arrhenius calculó, incluso, el tiempo que tardarían las esporas bacterianas en viajar entre diferentes cuerpos astronómicos: catorce años para abandonar nuestro sistema solar y nueve mil para alcanzar el sistema estelar más cercano a nosotros, Próxima Centauri...

Desde nuestro punto de vista la idea puede parecernos bastante naif, pero resulta de un éxito sorprendente: una versión modificada de la misma, que incluye bacterias liofilizadas para soportar las condiciones del vacío espacial y civilizaciones extraterrestres dedicadas a "sembrar" el Universo con muestras de vida, la panspermia dirigida, fue firmemente defendida en la segunda mitad del siglo XX por un tal F.H. Crick (sí, ese Crick, el de Watson y Crick, el del ADN...). Sin embargo los hechos son tozudos, y todos los intentos de buscar restos de seres vivos en meteoritos caídos sobre nuestro planeta han ido fracasando hasta el momento. Quién sabe si el próximo...

No todo el mundo científico era partidario de la continuidad de la vida. Darwin, por ejemplo, escribió a Wallace (el menos conocido coautor de la teoría de la Evolución, cuyas ideas fueron virando hacia el espiritismo), que la vida debió aparecer "en algún momento, de algún modo", pero que lo que sucedió seguía siendo un misterio.

Haeckel, uno de los biólogos más importantes del siglo XIX, precursor de la Embriología y de la Ecología, defendió que el hecho de que en la actualidad no sea posible observar la autogeneración, es decir, la formación de materia orgánica a partir de materia inorgánica, no significa que este proceso no fuera posible en un pasado remoto, en condiciones diferentes a las actuales. Sugería que los primeros organismos surgidos de la materia orgánica debieron ser "nódulos homogéneos, desestructurados (amorfos), de proteínas" formados a partir de la interacción de sustancias disueltas en el mar primitivo, aunque sin explicar el modo en que tal evolución pudo tener lugar.

Otro biólogo alemán, Pflüger, propuso que la materia orgánica estaba formada, a su vez, por "proteínas muertas", por ejemplo la albúmina y "proteínas vivas", que él creía encontrar en lo que llamaba "proteína protoplásmica". La proteína viva y la muerta tenían, en opinión de Pflüger, distintas propiedades debidas a su diferente composición. Para este investigador la proteína viva se caracterizaba por contener cianógeno (CN), compuesto ausente en la proteína muerta.

Pflüger relacionaba esta supuesta composición química de las proteínas vivas con el primer gran logro de la incipiente química orgánica, la síntesis de urea a partir de ese mismo cianógeno lograda por Whöler. Con esto, fue el primero en proponer un posible origen de la materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas, relacionando la capacidad de transformación de la primera con su gran contenido de energía. Además, Pflüger también fue el primero en señalar que "el dióxido de carbono no es el principio, sino el final de la vida".

En 1929 J.B.S. Haldane especuló más o menos libremente sobre la posibilidad de un origen abiótico de la vida en nuestro planeta, partiendo de una posible composición de la atmósfera primitiva, muy distinta de la actual. Una atmósfera sin oxígeno, con grandes cantidades de dióxido de carbono que en la actualidad se encontrarían formando parte de las rocas carbonatadas, como la caliza o la dolomía, y de los organismos vivos, y en la que se estaría formando constantemente amoniaco por las reacciones del agua con los compuestos metálicos del nitrógeno. En esas condiciones, y bajo la acción de la luz ultravioleta, no absorbida por el ozono, se habrían podido formar múltiples tipos de compuestos orgánicos como azúcares y aminoácidos a partir de los cuales habrían evolucionado moléculas de gran tamaño, "alimentándose" de la gran cantidad y variedad de compuestos orgánicos de pequeño tamaño, concentrados en el agua hasta que el mar primitivo adquiriera la consistencia de una "sopa diluida".


Más adelante, en 1938, Aleksander Oparin propuso una teoría más completa y coherente, que sería el marco de referencia para explicar el origen de la vida durante muchos años. La teoría de Oparin se inscribe en el modelo que actualmente llamaríamos "mundo de proteínas". La idea básica de este modelo es que primero aparecieron las proteínas, las moléculas capaces de funcionar, y más adelante surgieron los ácidos nucleicos, que almacenan la información. La controversia entre "mundo de proteínas" y "mundo de ARN" es una especie de dilema entre huevo y gallina que la Biología mantiene desde hace tiempo como entretenimiento para duelos florales. En aquella época, en la que se descubrían casi a diario nuevas propiedades de las proteínas y aún se sabía muy poco de las características de los ácidos nucleicos, ganaban claramente las primeras.

Basándose en los experimentos de Staudinger, quien había estudiado la polimerización espontánea de moléculas de bajo peso molecuar, Oparin propuso que el primer paso en la evolución hacia la vida debió ser la síntesis química de los aminoácidos, que estos posteriormente se unirían entre sí para formar proteínas y que estas proteínas se irían acumulando, a lo largo de grandes periodos de tiempo, en los mares y océanos, diversificándose y aumentando su concentración hasta dar lugar a un coloide.

Nuestra experiencia con los coloides es mayor que el conocimiento que tenemos sobre ellos. Decir que el citoplasma de nuestras células es un coloide nos dice bastante poco, porque nadie ha manipulado directamente el interior celular, pero compararlos con el gel de baño (de hecho los geles son uno de los tipos de coloides que existen), con las natillas o con la gelatina nos da una información más significativa.

Si en una disolución verdadera el soluto y el disolvente tienen tamaños similares, en un coloide la fase dispersa (el equivalente del soluto) está formada por partículas de tamaño considerable, como las proteínas. Esta característica les proporciona propiedades diferentes a las de las disoluciones verdaderas, dependientes del tamaño de las partículas que los forman.

Oparin supuso que, como resultado de descargas eléctricas, las partículas coloidales pudieron ir agregándose en estructuras de mayor complejidad llamadas coacervados, consistentes en grupos de partículas coloidales rodeadas por moléculas de agua.

Hay dos propiedades de los coacervados que le parecieron a Oparin de particular interés: su capacidad de adsorción, que les permitiría ir aumentando su tamaño al tomar del entorno algunas sustancias orgánicas, que podrían relacionarse con los coloides internos, y su capacidad de cambiar sus propiedades como consecuencia de cambios ocurridos en su entorno. Resulta fácil ver aquí un claro paralelismo con la nutrición y la relación de los seres vivos. Sin embargo, lo que a este autor le parecía más importante en el camino hacia el origen de la vida era que los coacervados suponían la diferenciación, la segregación entre la materia orgánica y el medio que la rodea. Gracias a esa separación, los coacervados adquirieron individualidad.

A partir de la formación de los coacervados Oparin propone una hipótesis de desarrollo gradual de las características propias de los organismos. Desafortunadamente, como él mismo reconoce, los trabajos experimentales con coacervados obtenidos artificialmente no fueron consistentes, porque estas estructuras tendían a ser inestables. En todo caso, la teoría de Oparin se mantuvo durante un largo periodo de tiempo y aún hoy, quizá debido a la falta de una explicación más sencilla (que no mejor, que las hay), se sigue utilizando para explicar el origen de la vida en el Bachillerato.

En todo caso, el primer punto débil de la teoría de Oparin era la síntesis abiótica de los compuestos necesarios para que se formaran los coacervados. Y ahí es donde aparece el experimento de Miller y Urey, para "confirmar o refutar experimentalmente" la especulación.

El experimento 

¿Doctor Miller o doktor Frankenstein?
Stanley Miller era un alumno de doctorado de la Universidad de Chicago que pretendía realizar una tesis doctoral sobre la síntesis de elementos químicos cuando asistió a una charla de Harold Urey, entonces ya premio Nobel, sobre el origen del Sistema Solar y la posibilidad de que se sintetizaran compuestos orgánicos en una Tierra primitiva con una atmósfera extremadamente reductora. La falta de resultados de su trabajo original, y la posibilidad de que su director de tesis dejara Chicago para trabajar en el desarrollo de la bomba de Hidrógeno, le llevaron a tratar de convencer a Urey de que le dirigiera un trabajo orientado a comprobar que los compuestos que forman parte de los seres vivos pudieron haberse formado en condiciones de abiogénesis.

Urey no debió entusiasmarse con la idea, vista la falta de resultados previos en ese campo. Sin embargo, finalmente acabó aceptando a Miller como doctorando, lo que permitió desarrollar su famoso experimento.

En sí, tanto el experimento como la teoría en la que se sustenta son muy simples. Miller y Urey partían de la hipótesis de Oparin, según la cual la atmósfera primitiva estaba formada por metano (CH4), amoniaco (NH3), agua e hidrógeno. En esas condiciones, una descarga de energía suficiente podría provocar cadenas de reacciones químicas entre esas sustancias que desembocaran en la aparición de compuestos propios de los seres vivos.

Para reproducir esta situación Miller debía crear un entorno artificial que simulara tanto la hidrosfera como la atmósfera. Además, necesitaba un sistema que reprodujera la descarga de energía y, a ser posible, su efecto acumulativo a lo largo del tiempo.

Con ese propósito, Miller diseñó un aparato relativamente sencillo pero capaz de cumplir con esos requisitos. El océano era simulado mediante un matraz esférico del cual surgía, por su parte superior, un tubo que contenía la "atmósfera" del experimento. Este gas se hacía pasar por una cámara donde sufría una descarga eléctrica, para proporcionar la energía necesaria para las reacciones químicas. Miller prefirió utilizar la electricidad en vez de la luz ultravioleta, fuente energética propuesta por Oparin, porque el vidrio con el que construyó el montaje absorbe esta radiación. El gas luego se enfriaba y se hacía pasar por una "trampa" con forma de U, dispuesta para que el flujo solo tuviera lugar en la dirección deseada. Los compuestos orgánicos, poco volátiles, permanecerían en la fase líquida, de modo que la trampa era también el lugar más adecuado para la toma de muestras.
La atmósfera real era extraída del montaje por medio de una bomba de vacío y sustituida por la mezcla de gases característica, se suponía, de la atmósfera primitiva.

Miller dejó circular los gases lentamente, porque comprobó que eso le proporcionaba mejores resultados. Tras un primer día el color del líquido del matraz se volvió rosa y al cabo de una semana había tomado un tono rojo oscuro y un aspecto turbio. Miller pudo separar e identificar varios compuestos, entre ellos algunos aminoácidos, incluidos algunos que forman parte de las proteínas, además de otras sustancias en cantidades tan pequeñas que no pudo identificar con los medios a su alcance en ese momento.

¿Dónde está la belleza del experimento?

Hablando de su propio trabajo Haldane dice que "No creo que yo llegue a contemplar la síntesis de algo tan próximo a la vida como un bacteriófago o un virus, y supongo que no se podrá conseguir un organismo autónomo hasta dentro de siglos. Hasta que esto no ocurra, el origen de la vida seguirá siendo objeto de especulación. Pero esa especulación no es infructuosa, porque es susceptible de confirmación o refutación experimental". Olé.

La ciencia es, como decía Picasso de su arte, un 1% de inspiración y un 99% de transpiración. La transpiración es, evidentemente, el diseño experimental, el trabajo de martillo para dar forma, materializar, la idea que ha surgido en la mente del científico. El experimento de Miller y Urey demuestra, en primer lugar, que algunos de esos campos que nos parecen inaccesibles al conocimiento directo, porque son demasiado grandes, demasiado pequeños, demasiado lejanos o demasiado remotos, pueden ser estudiados experimentalmente, hacerse accesibles como si hubiéramos conseguido viajar en el tiempo hasta observar en directo el origen de las primeras biomoléculas.

Otro aspecto que hace hermoso al experimento de Miller y Urey, desde mi punto de vista, es su carácter de "mundo completo", de sistema cerrado y autosufciciente, simplificado hasta el máximo posible para que sus elementos puedan ser totalmente controlados por el experimentador. Un modelo experimental artificial, sí, pero ideal.

La última razón, y posiblemente la más importante para incluirlo en esta lista, es la capacidad del experimento de Miller y Urey para inspirar la investigación. Ahora se piensa que la atmósfera primitiva no tenía la composición que propuso Urey, o que la energía que pudo dar lugar a la formación de los primeros biocompuestos debió ser menos intensa, posiblemente el calor liberado en las surgencias oceánicas. Más aún, con el paso del tiempo el interés por los primeros compuestos biológicos se ha desplazado desde las proteínas hacia los ácidos nucleicos (la hipótesis del "mundo de ARN"). A pesar de todo, el experimento de Miller y Urey sigue siendo el referente fundacional de todo el campo de la síntesis abiótica de sustancias biológicas.

Ciencia olvidada, ciencia perdida

Hasta aquí la historia más o menos conocida del experimento de Miller y Urey. Sin embargo, habría que encontrarle un pequeño "pero" a ese conocimiento oficial. Al revisar el trabajo original de Haldane, de 1927, se encuentra una referencia a un investigador llamado Baly, que habría sintetizado compuestos orgánicos bajo la acción de la luz ultravioleta.

No es fácil seguir la pista de este dato, porque Haldane lo cita, pero no lo referencia (nota mental, como diría Wyoming: apuntar la importancia de la bibliografía en los trabajos científicos). Sin embargo, es posible encontrar la información (con un poco de ayuda; gracias, Olga), que lleva a un campo de la química que hoy parece totalmente olvidado: la fotosíntesis artificial.

Durante el primer cuarto del siglo XX varios grupos de investigadores trataron de reproducir la fotosíntesis en ausencia de plantas, es decir, mediante un conjunto de reacciones inorgánicas. En todos los casos, estos intentos pasaban por conseguir la reducción fotoquímica del dióxido de carbono para dar lugar a formaldehído. Entre esos intentos varios investigadores afirmaron haber encontrado trazas de compuestos orgánicos, en particular carbohidratos. Entre ellos se encontraban, por ejemplo, Moore y Webster en 1918 o E.C.C. Baly, un químico inglés más conocido por sus trabajos en espectroscopía, y sus colaboradores en 1921. Esta es la investigación a la que hacía referencia Haldane en su trabajo. De hecho, Baly publicó durante ese año una serie de tres artículos en los que afirmaba haber obtenido no solo carbohidratos, sino también aminoácidos y bases nitrogenadas que se habrían producido a partir de amonio. Más adelante, sin embargo, otros investigadores no consiguieron reproducir los resultados obtenidos por Baly.

Parece ser que Miller no conocía estos trabajos, porque en la bibliografía de sus artículos no se hace ninguna referencia a ellos (ni siquiera a Haldane). De hecho, la bibliografía de su artículo original solo incluye tres referencias: el libro de Oparin, un trabajo previo de Urey y otro de J.D. Bernal, un destacado pionero de la cristalografía de rayos X. Hoy en día ninguna revista seria publicaría un artículo con tan poca base bibliográfica.

Y en esa época a punto estuvo de ocurrir lo mismo. Urey indicó a Miller que enviara su trabajo a Science figurando él como único autor, algo bastante poco habitual. La revista dejó "dormir" el manuscrito durante un periodo considerable de tiempo, hasta que Urey intervino, primero para pedir explicaciones y luego para reclamarlo, con la intención de enviarlo a otra publicación (las revistas científicas exigen exclusividad). Curiosamente, la revista a la que Urey pretendía enviar el artículo de Miller si Science no se hubiera decidido finalmente a publicarlo era Journal of the American Chemical Society, la misma en la que años antes se habían publicado los artículos de Baly que él desconocía.

lunes, 23 de noviembre de 2015

Los experimentos más bellos de la Biología 2. La nutrición vegetal: de van Helmont a Senebier (pasando por Ingenhousz)

Tenía la intención, para esta segunda entrada de la serie, de cambiar de época y de tema, pero las intenciones suelen verse atacadas por las necesidades. El caso es que esta semana he empezado a tratar con mis alumnos más pequeños, los de primero de ESO, las características de los seres vivos y, una vez más, me he tenido que enfrentar a uno de esos fenómenos que los pedagogos llamamos "concepciones alternativas".

Para no aburrir, y supeditando el rigor a la facilidad de comprensión, podríamos decir que una concepción alternativa es una explicación preexistente acerca de un fenómeno que los estudiantes poseen y utilizan y que no coincide con la explicación científicamente atinada. A veces son espontáneas: los niños razonan, y aplican su modo de pensar a la resolución de problemas y a la explicación de fenómenos, al menos cuando se les interroga sobre ellos y se ven en la necesidad de hacerlo. Pero otras veces, y esto es mucho más grave, son errores transmitidos en etapas previas de la enseñanza.

Algunas de esas concepciones alternativas transmitidas son muy tradicionales. Por ejemplo, la idea de que las nubes están formadas por vapor de agua, o de que las plantas respiran solo durante la noche y que, por tanto, tener una planta en la habitación puede ser peligroso (aunque en este caso es más una conseja de abuela que una idea escolar, hay que reconocerlo). Otras son más recientes en el tiempo, aunque eso no las hace menos importantes ni más sencillas de resolver. Me refiero, por ejemplo, a la confusión entre el efecto invernadero y la destrucción de la capa de ozono que lleva a los alumnos a pensar que la emisión de CO2 provoca, como consecuencia fundamental, la destrucción de esa capa protectora.

Pero ahora me refiero a uno de esos problemas tradicionales, el de la nutrición vegetal. Resulta algo más que curioso comprobar que la inmensa mayoría de los alumnos de 12 años saben que las plantas son capaces de "realizar la fotosíntesis" (lo siento, no tengo datos estadísticos ni es la intención de un blog como este utilizarlos) pero que, cuando se pregunta a esos mismos alumnos sobre con qué se alimentan las plantas, la respuesta de la inmensa mayoría es "de agua y sales minerales". ¿Para qué sirve, entonces, la fotosíntesis? ¿De dónde sale el carbono imprescindible para construir la materia orgánica?...

Los que nos hemos creido alguna vez esto de las concepciones alternativas pensamos que son como el gotelé de las paredes: no basta con pintar por encima con una nueva capa de conocimientos, sino que hay que arrancarlo de raíz, sustituirlo a partir de la base de la pared que puede ser bien pintada, y para eso hace falta desarrollar "actividades de fisuración" que ayuden a los alumnos a detectar las incongruencias y a sustituir sus explicaciones por otras que funcionen mejor.

Por ejemplo, y hablando de la fotosíntesis, si los alumnos saben (o repiten) que las plantas "toman" dióxido de carbono del aire y "expulsan" oxígeno, una actividad de fisuración sencilla es plantearles una duda: ¿qué pasa con el carbono...?
En fin, hoy se trataba de hablar de los experimentos que, de Van Helmont a Senebier, jugaron un papel importante en la comprensión de la nutrición vegetal, precisamente porque su análisis también puede servir como actividad de fisuración para ayudar a comprender la nutrición vegetal.

La nutrición vegetal en la antigüedad

Los seres humanos tenemos una descomunal tendencia a considerarnos el ombligo del mundo, y a interpretarlo todo tomándonos a nosotros mismos como modelo. Así, en la antigua Grecia, filósofos como Hipócrates o Aristóteles consideran a las plantas como "animales invertidos" en los que las raíces juegan el papel de la boca. Puesto que, según las ideas de la época, los seres vivos se alimentan de sustancias similares a ellos mismos, la fuente de la alimentación de las plantas debía ser la materia orgánica del suelo. Esta idea constituye la teoría del humus. Según esta teoría el propio suelo actuaría como un "estómago" capaz de transformar las sustancias presentes en él en otras asimilables por las plantas.

En esta época la respiración no era considerada parte de la nutrición (de hecho, alimento tiene el significado etimológico de "sustancia sólida"). En vez de eso se pensaba que jugaba un papel fundamental en la regulación de la temperatura del cuerpo.

Las ideas clásicas sobre la nutrición vegetal apenas cambiaron hasta los experimentos de Van Helmont.

El experimento del sauce

Jean Baptiste Van Helmont nació en Bruselas hacia 1580 (hay datos diferentes sobre su fecha de nacimiento) dentro de una familia noble, y se doctoró en Medicina por la entonces (y aún ahora) muy prestigiosa universidad de Lovaina. Sus principales aportaciones a la historia de la ciencia probablemente corresponden al área de la Química, con sus contribuciones al descubrimiento de los gases, nombre que él mismo les dio a partir de la palabra griega que significa caos y, sobre todo, por su ideas sobre la conservación de la materia en las reacciones químicas.

Desafortunadamente Van Helmont fue seguidor de las ideas de Paracelso, al que se puede considerar el último de los grandes alquimistas, y sus explicaciones acerca de los fenómenos químicos están teñidas de consideraciones metafísicas y de "espíritus" que proporcionan características especiales a la materia. Tampoco puede decirse que sus interpretaciones acerca del mundo de lo viviente fueran más afortunadas; en su obra póstuma, Ortus medicinae, describe sus experimentos que, según él, demuestran la generación espontánea:

"... Las criaturas como los piojos, las garrapatas, las pulgas y los gusanos son nuestros miserables huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de veintiún días el olor cambia, y el fermento, surgiendo de la ropa interior y penetrando a través de las cáscaras de trigo, cambia el trigo en ratones. Pero lo que es más notable aún es que se forman ratones de ambos sexos y que éstos se pueden cruzar con ratones que hayan nacido de manera normal... pero lo que es verdaderamente increíble es que los ratones que han surgido del trigo y la ropa íntima sudada no son pequeñitos, ni deformes ni defectuosos, sino que son adultos perfectos...”

 Sin embargo estos experimentos, a diferencia de los que diseñaria Redi unos años más tarde, fueron realizados sin ningún tipo de control para evitar la entrada de otros animales desde fuera de la situación experimental. Incluso su experimento del sauce, el que se va a describir en esta entrada, termina en conclusiones que a día de hoy sabemos que son totalmente equivocadas.

La aportación fundamental de Van Helmont a la Biología deriva de su famoso experimento del sauce, que él describe con estas palabras:

"Tomé una maceta de barro en la que puse 200 libras de tierra que previamente había sido secada en un horno. La humedecí con agua y planté en ella un tronco o esqueje de sauce que pesaba 5 libras. Al cabo de cinco años, el árbol que se desarrolló a partir de ahí pesaba 169 libras y unas 3 onzas. Ahora bien, cuando era preciso, regaba con agua de lluvia o destilada la maceta de barro que era grande y estaba metida en el suelo. Y para que no se mezclase con la tierra el polvo del aire, tapé la boca del tiesto con una placa de hierro estañado fácil de atravesar por muchos agujeros. No tomé nota del peso de las hojas que cayeron en los cuatro otoños. Finalmente, saqué de nuevo la tierra de la maceta y hallé las mismas 200 libras menos unas dos onzas. Por consiguiente, las 164 libras de madera, corteza y raíces provenían solo del agua".


Desde luego, ahora sabemos que Van Helmont se equivocaba porque no tuvo en cuenta el intercambio gaseoso de la planta con el aire, pero para ser justos con él hay que decir que en esa época el aire era considerado un receptáculo vacío, y que fue el propio Van Helmont el que, partiendo de sus observaciones sobre las "exhalaciones" que observó en sus experimentos, propuso la existencia de los gases.

El gran acierto metodológico del experimento de Van Helmont está en la cuantificación, en la determinación de las masas de las sustancias que intervienen en el proceso. La idea de la conservación de la materia, que ahora nos parece tan natural, juega un papel fundamental en la conclusión del experimento. La aportación a la ciencia es otra: un solo trabajo, asombrosamente sencillo en su diseño, consigue falsear una teoría con más de mil años de prevalencia. Un resultado negativo es, a veces, un gran paso adelante.

Ah, sí, también es conveniente destacar el pequeño detalle de la paciencia: cinco años para demostrar una hipótesis mediante una sola medición es mucho tiempo. Un digno precursor de Mendel y sus guisantes y de Darwin y su piedra de las lombrices.

Van Helmont finalizó su experimento el año 1624. El año anterior había nacido Pascal y el botánico suizo Bauhin había clasificado unas 600 especies de plantas utilizando por primera vez una nomenclatura binomial, con género y especie, como la que después utilizaría Linneo. El mismo año 1624 Gassendi mide por primera vez la velocidad del sonido.

Priestley y la "purificación" del aire

Joseph Priestley fue un teólogo y científico inglés del siglo XVIII (1732-1804), que disfrutó de una considerable reputación científica en su época como inventor... ¡de la gaseosa! (queda más fino como agua carbonatada, pero las cosas son lo que son). También descubrió otras cosillas, como varios gases, entre ellos uno que él llamó "aire desflogistizado" y Lavoisier, su gran rival científico en una de esas batallas más o menos incruentas que han hecho avanzar la ciencia a fuerza de mamporros, "oxígeno". Su aportación a la Biología tiene que ver, precisamente, con este gas, y con el papel de las plantas en su generación.

La "Química pneumática" no siempre era vista con buenos ojos...
Priestley fue un firme defensor de la teoría del "flogisto", un gas nocivo para los seres vivos que, según él se liberaba al aire como consecuencia de la combustión. Cuando el aire se saturaba de ese compuesto la combustión se detenía. En sus experimentos obtuvo, mediante ciertas reacciones químicas, un gas al que llamó "aire desflogistizado". Entre 1771 y 1777 utilizó ese gas en una serie de experimentos en los que intervenían seres vivos:

En primer lugar colocó su "aire desflogistizado" dentro de una campana de cristal con una vela encendida en su interior. Al cabo de poco tiempo la vela acabó por apagarse. La segunda tanda de experimentos consistió en poner dentro de la campana un ratón. El pobre bicho acabó muriendo al cabo de un tiempo bastante corto, lo que demostraba que la actividad de los animales era un proceso químico semejante a la combustión de una vela y que acababa produciendo "flogisto". La tercera tanda de experimentos de Priestley involucró a una planta; al introducirla en una campana con ese aire desflogistizado la planta sobrevivía durante un largo periodo de tiempo.

Las últimas tandas de experimentos de Priestley consistieron en combinar las anteriores, juntando en una misma campana las plantas y las velas o las plantas y un ratón. El resultado fue que la vela ardía durante más tiempo y el ratón sobrevivía gracias a la presencia de las plantas.



La primera conclusión biológica que se extrae de los experimentos de Priestley es que los animales utilizan el aire para llevar a cabo un proceso químico parecido a la combustión de la vela. Ahora sabemos que dicho proceso es la respiración, y que resulta fundamental para que los seres vivos puedan aprovechar la energía de los alimentos.

La segunda conclusión es que las plantas llevan a cabo un procedimiento diferente, que produce ese gas al que Priestley llamaba "aire desflogistizado" (nosotros oxígeno), que es imprescindible tanto para la combustión como para la respiración.

Durante la década en la que Priestley hace sus experimentos, la Química atraviesa un auténtico periodo de ebullición protagonizado, fundamentalmente, por Lavoisier y el propio Priestley. En pocos años se suceden los descubrimientos de varios elementos y sustancias químicas de importancia fundamental. Mesmer propone que el poder mental ejerce una enorme influenia sobre el cuerpo (lo que será la base de la hipnosis y su uso terapéutico y no tan terapéutico) pocos años antes de que se abra el primer manicomio y Volta inventa la pila. En medicina, se identifica el primer tipo de cáncer relacionado con una actividad profesional: el cáncer de escroto asociado a la exposición al hollín y las cenizas. Pero lo que más importancia tendrá en la historia de la ciencia, y en nuestra pequeña historia particular, es que Lavoisier refuta la teoría del flogisto.

Ingenhousz, el descubridor de la fotosíntesis


Imagen de Ingenhousz creada "fotosintéticamente" en una hoja de geranio
Jan Ingenhousz (1730-1799) es uno de esos ilustres desconocidos que pululan por la historia de la ciencia como desconocidos para el gran público a pesar de la importancia de sus hallazgos. Está claro que la fotosíntesis es uno de los procesos ecológicos más importantes que tienen lugar en nuestro planeta, ¿no? Al fin y al cabo, todos los organismos sobrevivimos gracias a ella... Y, siendo así, alguien tuvo que descubrirla por primera vez, ¿no? Bueno, pues ese alguien es el bueno de Jan Ingenhousz, de quien tan poco nos acordamos, quién sabe si por lo difícil que resulta pronunciar su nombre...

Jan Ingenhousz fue un médico holandés que alcanzó una cierta fama por su habilidad para vacunar contra la viruela, una práctica que en la época resultaba compleja y peligrosa. En un viaje a Inglaterra tuvo conocimiento de los experimentos de Priestley con el "aire desflogistizado" y decidió replicarlos pero modificando algunas de las variables que intervenían en ellos.

Ingenhousz prestó más atención a los factores que intervienen en la formación del "aire desflogistizado": mantuvo durante siete días partes verdes de plantas expuestas a la luz y comprobó que producían suficiente "aire desflogistizado" como para matener encendida una vela durante algún tiempo. Sin embargo, al repetir el mismo experimento pero en ausencia de luz la vela se apagaba enseguida, es decir, no se producía ese "aire sin flogisto". Del mismo modo, cuando mantenía expuestas a la luz partes de plantas que no tenían color verde, como patatas, tampoco se producía aire desflogistizado sino que, por el contrario, en estos casos producían "flogisto" igual que los animales.


Para llevar a cabo sus experimentos Ingenhousz realizó cuidadosas mediciones de la calidad del aire de cada experimento, utilizando un instrumento llamado eudiometro. Esta metodología y su actitud lo sitúan dentro de la ciencia moderna, frente a otros investigadores de la misma época que se ocuparon fundamentalmente de la recolección de datos cualitativos.

"No se puede ser demasiado cauteloso con los experimentos. Creo que he sido bastante afortunado con mi cautela en relación con la interposición de experimentos. No sé todavía si Priestley, Senebier, o cualquier otra persona ha sido capaz de formular cualquier crítica fundamental contra mis experimentos. Si alguien observara algo de esta naturaleza mientras lee o hace mis experimentos, le agradecería que me lo comunicase."


Como se ha dicho, en este tiempo Lavoisier consiguió demostrar que la combustión de las velas y los animales consumen una parte del aire, un gas que él llamó oxígeno, nombre que continuamos usando en la actualidad.

Mientras Priestley se mantenía aferrado a la teoría del flogisto como un capitán que se hunde con su barco, Ingenhousz fue capaz de ver las posibilidades que ofrecían las nuevas ideas y de reienterpretar los resultados de su trabajo en términos de la nueva teoría.

Esta idea es, además, otra de las concepciones alternativas de los alumnos, lo que ilustra el cierto paralelismo que existe entre desarrollo del conocimiento en los alumnos que aprenden un cieto tema y el desarrollo histórico de esa misma cuestión.

Priestley e Ingenhousz mantuvieron durante años una intensa polémica sobre quién debería ser considerado el descubridor de la fotosíntesis, privilegio que los libros actuales tienden a atribuir al inglés. En mi opinión, tanto la capacidad de explicar la fotosíntesis en términos de la más moderna teoría del flogisto como la observación de los factores fundamentales del proceso deberían ser argumentos a favor del holandés.

Senebier y el dióxido de carbono

Jean de Senebier (1742-1808) fue un científico suizo que se dedicó a estudios sobre fisiología, meteorología y química, pero que también destaca por su obra escrita, que podría considerarse como precursora de la epistemología científica, en la que reflexiona acerca de la observación y la experimentación ("El arte de la observación").

En sus trabajos Senebier considera que "la observación y la experimentación son dos hermanas que se ayudan la una a la otra", aunque considera que la experimentación ofrece al científico infinitas oportunidades:

"El experimentalista crea lo que observa. El observador descubre la verdad por medios ya establecidos. El experimento frecuentemente busca la verdad por medios de eficacia no probada. La observación nos enseña las propiedades de las cosas mientras que la experimentación verifica y mide sus efectos. La observación solo muestra el trabajo real de la naturaleza - el mundo tal y como es; esos son sus límites-. Por su parte, los experimentos pueden generar una multitud de eventos diferentes. Los límites de los experimentos son el inmenso número de combinaciones posibles de todos los constituyentes de la Tierra".


El experimento de Senebier sobre la fotosíntesis utlizaba, en esencia, el mismo montaje experimental que había empleado Ingenhousz: introducía el material vegetal en un recipiente con agua, debajo de un embudo invertido que se abría hacia un recipiente graduado para medir el gas desprendido. El volumen de gas era medido con un eudiometro, como hacía Ingenhousz, pero el investigador suizo refinó el experimento de su colega introduciendo una modificación que supone un mayor control experimental: utilizaba cada vez una única hoja cuya superficie había medido cuidadosamente con un "filómetro", un instrumento formado por dos láminas de cristal, una de las cuales estaba cuadriculada para poder determinar la superficie foliar.
Ayudado de este sistema Senebier estudió por primera vez la influencia del color de la luz en la producción de oxígeno, aunque sus resultados no fueron demasiado claros y consideró, finalmente, que las diferencias en la producción fotosintética se debían más a la cantidad de luz que a su color. Sin embargo, la principal aportación de Senebier es el descubrimiento de que la producción de oxígeno está relacionada con la presencia de dióxido de carbono, lo cual dedujo de tres observaciones: las hojas no producían oxígeno cuando eran sumergidas en agua destilada; la cantidad de oxígeno se incrementaba o disminuía en paralelo a la cantidad de dióxido de carbono, dentro de ciertos límites, y el carbonato cálcico no liberaba oxígeno en agua destilada, pero si se añadía a ese agua una pequeña cantidad de ácido carbónico, al introducir hojas verdes y exponer a la luz el montaje experimental se produce desprendimiento de oxígeno.

Con estas conclusiones Senebier fue un paso más allá de Ingenhousz, y estableció la relación entre el consumo de dióxido de carbono y la producción de oxígeno, de lo que dedujo, erróneamente, que la fotosíntesis consiste en la rotura del dióxido de carbono que da lugar al oxígeno, idea que tardó 150 años en ser refutada y que también aparece entre las concepciones alternativas de los alumnos.

Esta entrada no ha pretendido ser una historia del descubrimiento de la fotosíntesis. Si fuera así, faltarían contribuciones tan importantes como las de Hales, Bonnet o, por supuesto, de Saussure, y habría que prolongarla en el tiempo hasta bien entrado el siglo XX con los trabajos de Meyer o de Calvin y Benson y su conocido ciclo.

Estas entradas tratan sobre la belleza de algunos experimentos históricos de la Biología, y en mi opinión los tres que se describen cumplen con algunos requisitos para entrar en ese listado. Por ejemplo, una de las características comunes de los tres es el gusto por la cuantificación de los fenómenos observados, aunque la experiencia de Van Helmont resulta, vista con nuestros ojos, bastante deficiente por su falta de control de varios aspectos del experimento (peso de las hojas, medida de la cantidad de agua...).

O quizá podría justificar la presencia de estos dos investigadores casi desconocidos apoyándome en su precoz interés por teorizar acerca del método científico y del interés de la experimentación, que nos permite ver a la ciencia como un proceso "autoconsciente" y "metacognitivo", por incluir en el artículo un par de palabras que llamen la atención en los buscadores de internet.

También podríamos encontrar "belleza" en el ambiente científico que caracterizó el final del siglo XVIII en Europa, una época en la que convivieron y coincidieron nuestros protagonistas, algunos de ellos sobradamente conocidos y justamente famosos como Priestley y Lavoisier, y otros injustamente olvidados como Ingenhousz, Senebier y tantos otros, que compartieron conocimientos formando una auténtica red de comunicación científica, generando un ambiente probablemente estimulante, en el que sin duda no faltaron peleas y enfrentamientos (Priestley nunca reconoció públicamente la importancia de los experimentos de Ingenhousz, aunque parece que sí lo prometió en una carta privada) y que demuestra que la ciencia puede no ser una actividad colaborativa, pero siempre es un trabajo compartido.

Sin embargo, esta reseña empezaba con Pedagogía, y con Pedagogía terminará. He querido incluir estos experimentos antiguos porque me parece que tienen un gran potencial como herramientas en el aprendizaje de la ciencia. Plantear las experiencias de estos tres autores, si no como actividades para desarrollar materialmente ("hands on") sí, al menos, como problemas sobre los que pensar ("mind on") creo que puede facilitar la tarea de detectar, identificar y modificar algunas concepciones alternativas de los alumnos, que me parecen particularmente difíciles de desterrar por otros medios y que, en bastantes casos, se parecen mucho a las ideas refutadas por la investigación científica en el pasado.

En realidad creo que la relación entre el desarrollo histórico de la ciencia y el desarrollo cognitivo de los alumnos es simplemente "analógica", es decir, no creo que los alumnos de hoy en día piensen en una fase de su desarrollo como pensaban los científicos del siglo XVIII, pero sí que pienso que plantearles los mismos problemas a los que ellos se enfrentaron nos permite crear una situación "experimental" que, como decía Sebenier, nos permite verificar los resultados de nuestro experimento. Algunos de esos resultados, algunas de las respuestas que probablemente conseguiremos de nuestros alumnos, posiblemente se parezcan a las deducciones que, en su momento, hicieron esos científicos, y eso nos hará más fácil enfrentarnos a ellas, aunque no debemos olvidar que los experimentos tienen como límite "todas las combinaciones de los constituyentes de la Tierra".

Algunas referencias

Bay, J. C. (1931). Jean Senebier. Plant physiology, 6(1), 188-194
Cañal de León, P.: "La enseñanza en el campo conceptual de la nutrición de las plantas verdes: un estudio didáctico en la educación básica" Tesis Doctoral. Sevilla, 1990.
Ducheyne, S. (2007). "Algunas notas metodológicas sobre los experimentos de JB Van Helmont". AZOGUE (TOLEDO), 5, 75-82.
Farmer, E. E. (2010). Jean Senebier's thoughts on experimentation and their relevance for today's researcher. ARCHIVES DES SCIENCES, 63(1-2), 185-192.
González Rodríguez, C; Martínez Losada, C y García Barrios, S.: "El modelo de nutrición vegetal a través de la historia y su importancia para la enseñanza". Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias 11(1), 2-12, 2014.
Magies, G.: "Dr. Jan IngenHousz or why don't we know who discovered photosynthesis?". 1st Conference of the European Philosophy of Science Association, Madrid, 15-17 Noviembre 2007.

domingo, 8 de noviembre de 2015

Los experimentos más bellos de la Biología

La ciencia no es solo ese trabajo al que se dedican los científicos, que suele consistir en ponerse una bata blanca, pasar mucho tiempo en un laboratorio entre trastos raros, fabricando sustancias químicas seguramente peligrosas o manipulando plantas o animales para transformarlos en monstruos y hablando con palabras extrañas que nadie, excepto otros científicos, puede entender.

La ciencia busca, antes que nada, explicar el mundo que nos rodea, y lo lógico es contarlo a los ciudadanos en general. Para eso hay que hacer un importante esfuerzo de divulgación, es decir, de llevar los contenidos científicos al terreno en el que juegan los intereses de esos ciudadanos. Y en ese trabajo hay que reconocer que la Física, mal que nos pese a los biólogos como yo, lleva mucha ventaja.

Un ejemplo: si se bucea un poco en la red se puede encontrar un conocido listado que incluye "los experimentos más bellos de la Física". Por mucho que se busque no se encontrará nada parecido relacionado con la Biología. Y eso, aunque parezca una tontería, tiene su importancia. ¿Quién puede recordar un experimento biológico importante? ¿Dónde queda, pues, la Biología dentro de la historia de la ciencia?

La ciencia no es solo Física, por mucho que la mayoría de los historiadores y de los filósofos de la ciencia procedan de ese campo, lo que ha contribuido a que la imagen "cultural" de la ciencia coincida con esa especialidad. Tampoco es verdad que la Revolución Científica se gestara dentro de la Física, y que el resto de las ciencias se fueran sumando después, poco a poco y siempre siguiendo el modelo de la Física al nuevo sistema de pensamiento. En esa historia de la ciencia contada a los niños la Biología es, con mucho, una de las más retrasadas del proceso. Y no es así.

Algunas de esas reflexiones me llevaron a pensar que podría ser buena idea tratar de seleccionar algunos experimentos bellos de la historia de la Biología. No sé si serán diez, o más o menos. Tampoco sé si más gente coincidirá conmigo en la selección, pero creo que un pequeño repaso a la historia de la ciencia vista con otros ojos puede ayudar a abrir las mentes más allá del cierto fisicocentrismo que nos invade.

Empezar por algún sitio...

Aunque no pienso seguir ningún criterio fijo, ni cronológico ni de preferencia o importancia histórica o científica, por algún sitio hay que empezar, y el principio es un punto tan bueno como cualquier otro, así que empezaré por hablar de Francesco Redi.

Redi fue un médico, fisiólogo, naturalista y hasta poeta italiano. Vamos, un auténtico hombre del Renacimiento, nacido en el ámbito de la corte de los Medici en la que su padre ejercía como médico, profesión que también ejerció él en la corte de Toscana, en un ambiente auténticamente ilustrado que reunió a científicos, artistas y literatos procedentes de toda Italia.

La vida de Redi transcurrió en plena Revolución Astronómica, el proceso que se suele considerar como el comienzo de la ciencia moderna. Nació en 1626, unos años después de que Galileo presentara las pruebas a favor de la teoría copernicana y un año antes de que Kepler publicara sus tablas astronómicas que demostraron la forma elíptica de las órbitas de los planetas.

Como naturalista y fisiólogo, empezó estudiando las serpientes y sus venenos, pero acabó ocupándose de la Parasitología, rama de la ciencia de la que se considera uno de los fundadores, y en particular de los gusanos, con los que realizó el trabajo por el que ha pasado a la historia de la ciencia.

Contexto histórico

El experimento de Redi se enmarca en una de las controversias más importantes de la historia de la Biología: la del origen de los seres vivos. En el siglo XVII ya se conocían, desde luego, los procesos de reproducción de los animales cuyos embriones pueden observarse a simple vista. Sin embargo, en el caso de los animales de pequeño tamaño, como los gusanos o los insectos, la situación era distinta, y la idea que se aceptaba universalmente era la teoría de la generación espontánea.

La idea básica es sencilla, y se ha repetido en diferentes culturas, como la India, Babilonia o Egipto. Oparin, el autor de una de las primeras teorías científicas modernas sobre el origen de la vida en nuestro planeta, recoge algunos ejemplos de estas ideas en su libro "El origen de la vida": gusanos, moscas y escarabajos que se forman a partir del estiércol y de la basura, piojos que nacen del sudor, ranas, serpientes, ratones y cocodrilos que se originan a partir del lodo del Nilo...

En nuestro entorno cultural la primera referencia que tenemos a la teoría de la generación espontánea son las ideas del filósofo milesio (en la actual Turquía) Anaximandro, allá por los siglos V o VI antes de Cristo (¡incluso antes que Aristóteles!). Según él los seres vivos surgen de la materia húmeda cuando es activada por el Sol.

Pero, por supuesto, tuvo que ser Aristóteles (cómo no) quien otorgara importancia a esta idea, dándole incluso una cierta base teórica. Para nuestro filósofo los seres vivos están compuestos de una "forma material" y de alma. Este "soplo vital" está presente en el agua, y como ésta se encuentra en todas partes es fácil que penetre en la materia.

Las ideas de Aristóteles acerca de la generación espontánea fueron aceptadas por todas las escuelas filosóficas posteriores, incluyendo los pensadores de la iglesia católica como Agustín de Hipona, Alberto Magno o Tomás de Aquino, hasta ser adoptadas como dogma de fe: puesto que la creación divina fue un acto único, los animales cuyo proceso de reproducción no se conocía debían originarse mediante generación espontánea. Y así llegamos hasta el siglo XVII. En ese siglo, cuando Thomas Brown se atreve a dudar de que los ratones puedan generarse a partir de materia putrefacta, Alexander Ross le responde, escandalizado:

''Así que podemos dudar si los gusanos se generan en el queso y la madera, o los escarabajos y avispas en el estiércol de vaca, o si las mariposas, langostas, mariscos, caracoles, anguilas y las formas de vida semejantes se formaron de materia putrefacta, que está dispuesta por el poder formador precisamente para recibir la forma de esas criaturas. Cuestionar eso es cuestionar la razón, el sentido común y la experiencia. A quien lo dude, déjenlo ir a Egipto, y allí encontrará que los campos pululan con ratones engendrados del barro de Nilo, para gran calamidad de sus habitantes ".

Bueno, seamos un poco misericordiosos: lo cierto es que los hábitos reproductores de estos animales en unos casos, o el pequeño tamaño de sus huevos en otros, hacían muy difícil la observación de sus procesos reproductivos. Solo gracias a la invención del microscopio fue posible identificar los espermatozoides y aclarar su papel en la reproducción, u observar las larvas y huevos de estos animales. Y aquí tenemos un curioso paralelismo con la historia de la Física, puesto que la revolución astronómica solo cuajó cuando el uso del telescopio por parte de Galileo (el mismo aparato, diferentes utilidades) contribuyó a derribar el edificio de la cosmología ptolemaica.

Por cierto, me voy a permitir una maldad: Galileo no empezó utilizando el telescopio, sino el microscopio, aunque sus observaciones de insectos no le llevaron demasiado lejos...

El experimento de Redi

Redi llevó a cabo sus "Experimentos sobre la generación de los insectos" en 1668. Ese mismo año Newton inventa el telescopio de reflector. En Biología, el año anterior Hook había demostrado la función de los pulmones, mientras que un año después Malpighi describe la anatomía microscópica del gusano de seda y Steno propone que los fósiles representan formas antiguas de vida.

Nuestro autor parte de una hipótesis que se aleja de la teoría dominante de la generación espontánea:

"Me siento, digo, inclinado a creer que todos esos gusanos se generan a partir de la semilla paterna, y que la carne y las hierbas y otras cosas podridas o que pueden pudrirse  no hacen otra cosa ni tienen otra función en la reproducción de los insectos que la de proporcionar un lugar o un nido adecuado al que los animales llevaron los huevos u otras semillas de gusanos durante el tiempo de la reproducción, de modo que, tan pronto como nacen, encuentran en ese lugar suficiente comida para nutrirse apropiadamente; y si estas semillas no son traídas por las madres, nunca nacerá nada de ellas"

Para comprobar su hipótesis Redi observó repetidamente el crecimiento de insectos y gusanos en frascos abiertos en los que colocaba diferentes tipos de materia orgánica a la que dejaba descomponerse. Sus observaciones le plantearon una duda profunda:

"De ahí empecé a dudar si, por fortuna, todos los gusanos de la carne no derivarían de las semillas de las propias moscas, y no de la carne podrida, y cuanto más confirmé mi duda cuanto que, en todas las generaciones que nacieron, yo siempre había visto en la carne, antes de que se produjera el nacimiento, posarse moscas de la misma especie que posteriormente surgieron."

Así que Redi decidió realizar un nuevo experimento: colocó diferentes clases de materia orgánica (carne, pescado...) en dos grupos de frascos. Dejó abierto el primer grupo (a en la imagen), donde pudo observar cómo entraban y salían las moscas, pero selló cuidadosamente la segunda serie de frascos (b). Los resultados que consiguió ya los conocemos: en los frascos abiertos volvieron a crecer diferentes tipos de gusanos, lo que no ocurrió en los frascos cerrados.
Finalmente, utilizó una tercera serie de frascos en los que manipuló las condiciones, cerrándolos pero dejando sobre la gasa que había utilizado para ello mocas muertas de las que, según algunos autores de la época, podían nacer de nuevo moscas vivas (parte c de la imagen). En este tercer grupo tampoco pudo ver crecimiento de gusanos o insectos.

La importancia del trabajo de Redi

Reconozco que es difícil considerar bello algo que incluye carne podrida, moscas y gusanos, pero lo cierto es que el eperimento de Redi es realmente hermoso desde el punto de vista de la filosofía de la ciencia. 

Podríamos buscar la belleza en su importancia biológica, porque debería haber contribuido a acabar con la teoría de la generación espontánea, aunque la verdad es que la dichosa idea siguió vivita y coleando un par de siglos más, hasta que Koch y Pasteur (cuyos experimentos seguramente tendrán un hueco por aquí) demostraron su falsedad hasta en el caso de los microorganismos.

También me parece admirable su sencillez: unos pocos frascos y un montón de carne podrida son suficientes para llevar a cabo un experimento replicable (se puede llevar a cabo en las mismas condiciones, obteniendo los mismos resultados) y reproducible (se puede obtener el mismo resultado cambiando algunas de las condiciones), condiciones asociadas a la objetividad del método científico, que además refuta con claridad una hipótesis potente (a la salud de Popper).

Sin embargo, he elegido este experimento para empezar por la importancia que debería haber tenido dentro de la historia de la ciencia. En el siglo XVII, mientras aún se está constituyendo la ciencia moderna, cuando aún muchas de las apasionantes discusiones que dieron lugar a la revolución astronómica se están produciendo de acuerdo con un método dialógico, semejante al utilizado en la Grecia clásica y más basado en experimentos mentales que en auténticas pruebas experimentales, Redi elabora uno de los primeros, si no el primer, diseño experimental con control de variables.

El control de variabes es esencial en todo buen diseño experimental. Un experimento supone la manipulación de la naturaleza para poder observar un fenómeno en unas condiciones en las que no tengamos ninguna duda de que el efecto que observamos se debe exclusivamente a lo que nosotros consideramos que es la causa que lo provoca. 

Para conseguir eso es necesario "eliminar" otras posibles fuentes de variación. En el experimento de Redi el control está representado por la serie de frascos abiertos (a), ya que nos permiten comprobar que en ellos sí que crecen gusanos e insectos. La manipulación, el experimento propiamente dicho, consiste en alterar únicamente la condición que se pretende comprobar: la entrada de gusanos e insectos adultos, que puedan dejar sus huevos en la carne.

Incomprensiblemente, el que puede ser el primer diseño experimental de la ciencia moderna, está ausente o apenas ocupa espacio en los libros de historia científica.

Algunas referencias:


domingo, 11 de enero de 2015

La pseudociencia y los medios de comunicación: de la anécdota a la categoría

El otro día escuché, un tanto accidentalmente, una sección de un programa de radio acerca de la biomesoterapia como método de tratamiento antiarrugas (puedes oirlo aquí). La verdad es que me dejó tan mal sabor de boca que necesité volver a escucharlo, para poder escribir esta entrada.

Vayan algunas cosas por delante. No soy partidario de los tratamientos estéticos como el botox o las inyecciones de ácido hialurónico, que se citan en la intervención. No pienso utilizarlas en mi mismo, ni recomendárselas a nadie.

La segunda declaración de intenciones es aún más importante: creo firmemente que todo el mundo tiene derecho a tener su propia fe, no solo en el sentido religioso del término, sino también en el sentido de filosofía de vida, sin necesidad de justificarse, simplemente porque le sale de..., como quien es del Atleti. Pero una cosa distinta es hacer proselitismo de esa fe. En ese caso creo que es imprescindible que quien defiende públicamente sus ideas las justifique, se documente para no cometer errores en lo que afirma y evite cuidadosamente las falsedades. Uno puede creer lo que quiera, pero no tiene ningún derecho a mentir para convencer a los demás de que sigan sus propias ideas.

Qué es la mesoterapia

Reconozco mi ignorancia inicial sobre la biomesoterapia (aunque, como se verá más adelante, ni siquiera es importante para mi argumentación), así que antes de hablar de ello he creído que era mi obligación documentarme. Y en estos tiempos que corren, cómo no, he recurrido a internet. Una búsqueda "simple" en google del término "biomesoterapia" produce unos 8.170 resultados. Claro que si analizamos esas páginas nos encontramos con que la mayoría de ellas (o al menos las mejor posicionadas, que son las que la mayor parte de la gente consulta) corresponden a centros estéticos, lo que no parece una fuente de información demasiado "fiable".

Así que, siguiendo con la indagación bibliográfica, recurro a una estrategia más restrictiva pero que proporciona información de más calidad: la parte de ese mismo buscador orientada a los trabajos científicos, google académico (https://scholar.google.es). Tampoco es un trabajo muy fructífero; solo se obtienen cuatro páginas, de las que no se puede extraer ninguna información útil (si alguien quiere comprobarlo está invitado a hacerlo), así que lo intento pasándome a la lengua del imperio, el inglés, que como todo el mundo sabe actúa como lingua franca en todo lo que se refiere a la investigación científica. Y ahora sí, por fin, me acerco a lo que buscaba. Tampoco es que sea mucho (aproximadamente 373 resultados es poca cosa para una búsqueda de esta naturaleza), pero algunos de esos artículos sí que son más prometedores, y anuncian una definición del término o una valoración científica de sus efectos. Vamos con ellos.

Según la SIM, Sociedad Italiana de Mesoterapia (Mammucari et al., 2011), la Mesoterapia es una técnica mínimamente invasiva que consiste en la inyección intradérmica de sustancias farmacológicas o biológicamente activas en pequeñas cantidades mediante múltiples punciones realizadas en la zona donde se presenta la patología. Este tipo de terapias está indicado cuando no existe otro método aplicable, cuando no pueden aplicarse otros tratamientos o estos han fallado, cuando puede proporcionar beneficios sinérgicos con otros tratamientos o cuando permite evitar el uso de medicamentos sistémicos.

La mesoterapia ha sido utilizada con éxito evaluable en varios tipos de alteraciones, entre las que sí se incluye el rejuvenecimiento facial, tanto el provocado por un exceso de exposición al Sol como en el debido a la edad (Mammucari et al., 2011). Sin embargo, en otro trabajo diseñado específicamente para comprobar el efecto de este tratamiento para el rejuvenecimiento facial, no se han encontrado diferencias significativas entre los pacientes tratados y no tratados suficientes para concluir que este tratamiento tiene efectos. En particular, no hay diferencia en la producción de nuevo colágeno  (El-Domyati et al., 2012), aunque estos resultados no son congruentes con los de otros grupos (Savoia, Landi & Baldi, 2013), lo que se traduce, como señalan todos estos autores y algunos otros más, en la necesidad de seguir investigando antes de llegar a conclusiones definitivas.

Sin embargo, para ser estrictos con el tema de este post, hay que señalar que estos artículos se refieren a la mesoterapia como técnica, y que todos ellos han evaluado la eficacia de sustancias medicamentosas denominadas genéricamente "fillers" (literalmente, rellenadores), entre los que se encuentran el ácido hialurónico, el colágeno o la silicona, entre otros (Ganceviciene et al., 2012). Ninguna referencia a los agentes biológicos, lo que debería resultarnos sospechoso.

Bueno, posiblemente baste como aproximación al tema. En realidad, lo que yo pretendía era comentar la "noticia" y no hacer un trabajo de indagación bibliográfica sobre la mesoterapia...

La sección radiofónica en sí incluye como argumentos a favor de la biomesoterapia varias ideas-fuerza, bastante repetidas por los partidarios de las terapias "naturales" y que merecen ser comentadas en detalle:

Lo "biológico" frente a lo "químico"

Oponer los productos biológicos a las sustancias químicas es una "táctica de ventas" muy habitual entre los defensores de este tipo de tratamientos, pero se trata, en realidad, de una dicotomía no solo maniquea sino también falsa. Es maniquea porque ni todo lo biológico es beneficioso ni todo lo químico es malo. Biológicos son los venenos de serpiente, los virus o las bacterias patógenas responsables de tantas enfermedades, y creo que nadie considerará positivos sus efectos. Por otra parte, sustancias químicas sintéticas, como el ácido acetil salicílico (que no se encuentra en la naturaleza, sino que ha sido producido por el hombre) ha contribuido enormemente a paliar nuestros dolores de cabeza a través de su presentación comercial, la aspirina. Y pueden citarse cientos, si no miles, de ejemplos en el mismo sentido.

Pero es que además es una diferencia falsa, porque como todo el mundo sabe o debería saber toda la materia, incluída la que compone los seres vivos, está formado por sustancias químicas. Hace ya más de un siglo que quedó claro que las características que poseemos los seres vivos no se deben a una composición extraña, ni a una fuerza vital misteriosa, sino que derivan de la organización de esos materiales. Cuando machacamos una planta para extraer sus "componentes biológicos" la estamos reduciendo a una mezcla extremadamente compleja de esas terribles sustancias químicas.

Entiendo que lo que se quiere decir cuando se plantea esta diferenciación es que existe diferencia entre lo "natural" y lo "artificial", pero esto también merece algún que otro comentario. El primero es de naturaleza lingüística: el lenguaje sirve, o debería servir, para comunicar información, no para generar ambigüedad. Cuando se quiere ser informativo, y no hacer literatura, es imprescindible ser preciso, porque si no se corre el riesgo de no decir lo que se desea, sino otra cosa distinta.

Además, lo "natural" tampoco lo es tanto si se ha sometido a un tratamiento de extracción y purificación. De hecho, cuando se opone esta terapia al tratamiento con botox o con ácido hialurónico se está obviando el hecho de que, en ambos casos, se trata de sustancias naturales (y biológicas): el botox es una proteína producida por una bacteria, Clostridium botulinum, responsable del botulismo (precisamente la toxina que causa los efectos de la enfermedad), mientras que el ácido hialurónico se extrae del tejido cartilaginoso. ¿Qué hace natural a un extracto no purificado de distintas plantas y artificial a un extracto purificado de un tejido animal?

Lo biológico no produce rechazos, no provoca efectos negativos

Bueno, si lo de antes era un error, esto es, además, peligroso. Y mucho. Pero antes de nada, una información por si aún no queda claro: ES MENTIRA.

Entre los componentes que se citan del preparado biomesoterápico está la belladona. Se trata de una planta que se ha utilizado como cosmético desde la antigüedad porque dilata las pupilas, aunque hay una razón interesante para que se abandonara esa costumbre: es venenosa. Se conocen bastantes casos de envenenamiento por sobredosis de esta planta, y las consecuencias pueden llegar a ser mortales. Algo parecido ocurría con su pariente próximo, el digital, cuyo uso médico hizo posibles numerosos argumentos de novelones románticos, en los que el paciente, aquejado de una dolencia cardiaca, era envenenado sin dejar rastro cuando el malvado de turno aumentaba la dosis: veintitantas gotas en lugar de las veinte prescritas bastaban para un hilo argumental basado en el asesinato. Ahora, la perversa digoxina, derivada de la planta, se usa en el tratamiento de las enfermedades cardiacas. Hemos perdido romanticismo, sí, pero hemos ganado en seguridad y fiabilidad.

¿Y para qué hablar de las alergias, casi todas ellas producidas frente a elementos biológicos, precisamente porque sus componentes son estructuralmente complejos, lo que hace que sean reconocidos como enemigos potenciales por nuestro sistema inmunitario?

Definitivamente, lo biológico puede ser tan peligroso como las sustancias que no son producidas por los seres vivos. O más.

Medicina homeopática versus medicina alopática

Por enésima vez: la homeopatía es una teoría pseudocientífica que se ha demostrado falsa en un considerable número de ocasiones. En este caso, el término pseudociencia ni siquiera pretende ser peyorativo, sino simplemente descriptivo: no es científica, o es falsamente científica, porque no se sujeta a los principios metodológicos de la ciencia.

Todos sabemos que la ciencia no es perfecta. En muchos casos es incapaz de proporcionar soluciones con certeza, pero al menos es muy capaz de demostrar que algo es falso. Y eso, como mínimo, nos ayuda a reducir nuestra incertidumbre. No hay pruebas de que los tratamientos homeopáticos curen enfermedades, al menos cuando se analizan con los criterios establecidos para valorar los trabajos científicos.

Además, podríamos recordar cuál es el fundamento teórico de la dichosa teoría, para ser capaces de apreciar sus fallos en este caso (y en muchos otros). El principio fundamental de la homeopatía es que lo que crea el problema proporciona también la curación, solo que a dosis mucho más pequeñas. Los tratamientos homeopáticos se elaboran diluyendo millones de veces las "toxinas" que se supone que son responsables de la enfermedad que pretenden curar. Por una parte, eso significa que en el preparado posiblemente no exista ni una sola molécula de ese principio activo (lo que explicaría por qué el tratamiento biomesoterápico que se describe es tan acuoso). Por otra parte, ¿son entonces las plantas las causantes del envejecimiento...?

No, nada es inocuo, y ante ese hecho lo que ha aportado la medicina científica frente a la natural es el control: el conocimiento exacto y preciso de los efectos de cada componente por separado, en función de las dosis o de su interacción con otros elementos presentes en una mezcla. El preparado en cuestión contiene hamamelis, camomila, belladona, árnica... (¿en qué cantidades? ¿alguna planta más? ¿alguna que pueda provocar alergia? ¿alguna que provoque alergias cuando es inyectada?), además de carotenos y alcaloides (incluso voy a dejar pasar que esas palabras describen tipos de ¡sustancias químicas!, pero no el hecho de que muchos alcaloides tienen acción biológica como drogas; ¿cuáles de ellos se están inyectando?).

Un último comentario sobre la medicina científica: sus efectos deben ser documentados, y no basta con la opinión subjetiva de un paciente para afirmarlos. El efecto placebo es sobradamente conocido en el mundo de la medicina.

De la anécdota a la categoría

No es mi intención ensañarme particularmente con esta sección, que por otra parte no es más que un reflejo de lo que se puede ver, oír o leer en muchos medios de comunicación de nuestro país cuando se habla de ciencia o de salud, o de lo que transmiten los anuncios de cosmética (ADN activo ¡¡¡!!!, para luego oponerse a los transgénicos...) o de alimentación, pero no puedo evitar una reflexión dolorosa, al menos para mí.

Como profesor trato diariamente con algunas decenas de personas. Mi autoridad respecto a ellos (en el sentido clásico de autorictas, del prestigio o del respeto que los otros tienen hacia lo que haces) se basa en mi capacidad para razonar, para apoyarme en los datos y, utilizándolos, demostrar que el conocimiento que pretendo desarrollar en mis alumnos es útil para ellos. Es un trabajo lento, de progreso prácticamente imperceptible. Como profesor de ciencias, en particular, me enfrento cada día a la falta de cultura científica de nuestro país, que no se limita, como interesada y demagógicamente se suele decir, a los alumnos de la ESO, sino también a muchos titulados universitarios que dicen "ser de letras" cuando lo que quieren decir es que no tienen idea de la cultura científica que deberían tener.

Cualquier medio de comunicación llega diariamente a decenas de miles de personas. Su autoridad se basa, simplemente, en su tamaño (cien mil millones de moscas no pueden estar equivocadas...). Cuando un medio de comunicación comete errores que no corrige, está destruyendo el trabajo de miles de profesores que tratan en vano de conseguir que sus alumnos sean capaces de pensar críticamente. ¿Cuánto trabajo, de cuántos profesores, haría falta para contrarrestar solo los errores de esta noticia?

¿Alguien recuerda la famosa frase que escucha Spiderman de su tío?:

Un gran poder conlleva una gran responsabilidad.

¿Alguna moraleja que sacar de este cuentecillo de David y Goliat?

Referencias:
  • El‐Domyati, M., El‐Ammawi, T. S., Moawad, O., El‐Fakahany, H., Medhat, W., Mahoney, M. G., & Uitto, J. (2012). Efficacy of mesotherapy in facial rejuvenation: a histological and immunohistochemical evaluation. International journal of dermatology, 51(8), 913-919.
  • Ganceviciene, R., Liakou, A. I., Theodoridis, A., Makrantonaki, E., & Zouboulis, C. C. (2012). Skin anti-aging strategies. Dermato-endocrinology, 4(3), 308. 
  • Mammucari, M., Gatti, A., Maggiori, S., Bartoletti, C. A., & Sabato, A. F. (2011). Mesotherapy, definition, rationale and clinical role: a consensus report from the Italian Society of Mesotherapy. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 15(6), 682-694.
  • Savoia, A., Landi, S., & Baldi, A. (2013). A new minimally invasive mesotherapy technique for facial rejuvenation. Dermatology and therapy, 3(1), 83-93.

lunes, 13 de octubre de 2014

Epigenética o el arte de poner posits en los genes


Cuando en 1950 Watson y Crick publicaron su modelo sobre la estructura tridimensional del ADN parecía que la ciencia en general y la biología en particular había conseguido un hito fundamental, uno de esos principios que parecen explicarlo todo. Con la estructura del ADN se podía explicar el almacenamieto y la transmisión de la información genética. El modelo parecía cumplir con esos principios de la ciencia que no están escritos pero que todo el mundo valora: sencillez, parsimonia, poder explicativo, elegancia... hasta belleza.

Sin embargo, era un espejismo que duró bastante poco. Por una parte, los virus ARN emborronaron la pureza de líneas que parecía tener el "dogma" central de la biología molecular, convirtiéndolo en un esquema sin simetría, lleno de líneas de ida y vuelta sin un patrón definido. Por otra parte, el conocimiento más profundo del genoma dio lugar a la idea de que una gran parte del ADN de los eucariotas es "ADN oscuro", que no se transcribe pero que debe realizar funciones importantes aunque aún desconocidas. Finalmente la epigenética, es decir, las modificaciones de la información que no están codificadas en la propia secuencia de la molécula de ADN, acabaron de introducir incertidumbre, hasta el punto de que muchos medios de comunicación, menos informados de lo que deberían, resucitan los viejos fantasmas del lamarckismo negando la selección natural.

Pero, ¿qué es la epigenética? El término significa literalmente "por encima de la genética" y ha sido usado desde hace mucho tiempo, aunque originalmente en un sentido diferente al actual. Inicialmente se hablaba de "epigénesis" para describir el modo en que el genotipo es interpretado, durante el desarrollo embrionario, para dar lugar al fenotipo del individuo. En la actualidad, sin embargo, la epigenética se refiere a fenómenos mucho más precisos, concretamente a las alteraciones estables que sufre la expresión potencial de los genes durante el desarrollo y la proliferación celular.

Para entender lo que significa todo eso podemos recurrir a un modelo clásico del papel del ADN, el que lo compara con un texto, pongamos que con un libro. Como todos los modelos, este es incompleto e imperfecto, pero es lo suficientemente bueno como para ayudarnos a comprender el concepto de epigenética.

El ADN, como los libros, almacena información en un modo que permite su lectura. Igual que en un texto escrito esa información está dividida en unidades (frases en el texto, genes en el ADN), aunque aquí ya empiezan las diferencias, en las que de momento no vamos a profundizar. Cada unidad de información tiene sentido por sí misma, aunque en realidad solo puede interpretarse correctamente a la luz de su "contexto", es decir, del resto de los genes que se incluyen en el genoma...

Supongamos que nuestro libro es un libro de texto. A medida que lo vamos estudiando vamos añadiendo sobre él diferentes tipos de notas: subrayamos los conceptos más importantes, indicamos las partes que no hay que estudiar o advertimos de dónde hay una errata o un error en el texto, para no utilizar esa información. Todos esos apuntes que añadimos a nuestro texto son "marcas epigenéticas".

¿Qué efecto tienen nuestras marcas epigenéticas? La siguiente vez que estudiemos nuestro libro lo utilizaremos de un modo distinto: haremos más hincapié en las zonas subrayadas, leeremos superficialmente lo que hemos señalado como accesorio y saltaremos lo que esté equivocado, o no resulte interesante. Eso mismo hacen las marcas epigenéticas en nuestro genoma: provocan que algunos genes sean leídos con mucha frecuencia en unas células y solo ocasionalmente, o nunca, en otras, lo que permite la diferenciación de las células dentro del organismo.

Una forma reversible de marcar nuestro libro de texto para permitir que otro lo utilice como si fuera nuevo es pegar "posits" sobre él. El análogo molecular de nuestras notitas adhesivas sería un grupo químico con el que se pueda hacer reaccionar al ADN, o a las proteínas a las que se une, sin alterar (demasiado) su estructura química, ni modificar la información que almacena. Para que la analogía sea perfecta, estos grupos químicos deberían poder eliminarse del ADN sin dejar rastro.

Los dos grupos químicos que las células utilizan para estas funciones son el radical acetilo y el radical metilo. Ambos pueden marcar a los nucleosomas, los complejos de proteínas histonas alrededor de los cuales se enrolla el ADN. La consecuencia de la acetilación y de la metilación es un cambio en la intensidad con la que el ADN se enrolla, lo que a su vez hace que algunas regiones del ADN se puedan leer con más facilidad, mientras que otras resultan poco accesibles a las proteínas que leen la información genética. Los genes de esas regiones quedan, por lo tanto, "silenciados".

Si en una zona del genoma las histonas están acetiladas y las citosinas no están metiladas, los nucleosomas se mantienen separados entre sí, lo que permite que se unan al ADN las proteínas necesarias para que éste se exprese. El gen está activo.
Si, por el contrario, las histonas no están acetiladas y las citosinas están metiladas, los nucleosomas se acercan más entre sí, lo que impide la unión de las proteínas que hacen posible la transcripción. El gen está inactivo.

Además de la acetilación y la metilación existen otros mecanismos para incluir marcas epigenéticas en el genoma, como son el cambio en la conformación del ADN, que puede variar ligeramente su estructura, lo que hace que no pueda ser leído por las proteínas relacionadas con la expresión, o la actividad de moléculas de ARN que no guardan relación con proteínas (ARN no codificante), que se unen o no al ADN modificando la posibilidad de que se exprese.


Epigenética y desarrollo

El establecimiento de marcas epigenéticas ocurre fundamentalmente durante el desarrollo embrionario. Pocos días después de la fecundación casi todas las marcas epigenéticas que el embrión ha heredado de sus padres son eliminadas por completo del genoma. De este modo las células embrionarias pueden dar lugar a todos los tipos celulares del nuevo individuo. Sin embargo, algunos genes mantienen dichas marcas procedentes del padre o de la madre, recibiendo el nombre de "genes con impronta". Este fenómeno provoca que solo se utilice el gen materno o paterno para producir una determinada proteína.

Hay otro segundo periodo de eliminación de marcas epigenéticas que se produce cuando empiezan a formarse las células germinales primordiales (precursoras de óvulos o espermatozoides) en el embrión. En esta ocasión parece ser que se eliminan todas las marcas epigenéticas, incluidas las de los genes con impronta y tiene como función impedir que los futuros descendientes de este embrión puedan llegar a recibir dos copias activadas o dos copias inactivadas de los genes con impronta, de los que solo se necesita una copia activa.

Estos periodos de eliminación de señales epigenéticas podrían compararse con procesos de "reseteo" de un ordenador, en los que se borran de la memoria todos los procesos y programas abiertos. Tras ellos, como después de resetear un ordenador, las células deben volver a reprogramarse, estableciendo nuevas marcas epigenéticas.

El envejecimiento también está relacionado con las marcas epigenéticas del genoma del individuo: con la edad, las células van viendo reducido el nivel general de metilación de su genoma, al tiempo que ciertos genes específicos resultan hipermetilados.

Epigenética y cáncer

Cada vez hay más evidencias que parecen demostrar la importancia de los cambios epigenéticos durante el desarrollo de tumores malignos. Durante la formación de tumores las células cancerosas no solo muestran cambios genéticos, sino también una alteración de los patrones de marcaje epigenético: la mayoría del genoma ve reducido su grado de metilación, lo que significa que la actividad génica se ve incrementada, incluso en genes que no deberían estar activos, mientras que ciertas regiones llamadas "islas CpG" sufren una hipermetilación, lo que equivale a decir que los genes contenidos en ellas son inactivados. Se supone que estos genes inactivados podrían ser los genes supresores de tumores que actúan normalmente en el organismo, lo que favorecería el desarrollo del cáncer.

Los cambios epigenéticos que tienen lugar en las células cancerosas también incrementan otros dos mecanismos conocidos relacionados con la aparición del cáncer: el aumento en la tasa de mutación y la pérdida de heterocigosidad (la eliminación de uno de los alelos de un gen) también podrían estar causados por (o al menos relacionados con) la baja tasa de metilación del genoma de estas células.

Ambiente y epigenética

Las modificaciones epigenéticas del genoma son reversibles, de modo que pueden mantenerse en el tiempo, permitiendo que el estado de actividad de una célula se transmita a sus descendientes, pero también pueden ser modificadas, lo que proporciona un mecanismo a través del cual el ambiente puede influir en la expresión de la información genética.

La exposición a factores ambientales puede dar lugar a respuestas fisiológicas debidas a cambios en la información epigenética, como se ha comprobado en la vernalización (floración inducida por exposición a bajas temperaturas), pero también es un mecanismo que puede explicar los efectos de algunos contaminantes ambientales como la dioxina, los ftalatos...

También se ha encontrado relación entre la dieta y la metilación del ADN. Por ejemplo, los suplementos de ácido fólico tienen algunos efectos positivos en ciertos tipos de cáncer, como el de colon. Esto estaría relacionado con el papel fisiológico de esta sustancia, que es una coenzima que transfiere grupos metilo y que, por lo tanto, debe tener algún papel en la marcación epigenética.

Con el tiempo es posible que se lleguen a desarrollar medicamentos que puedan resolver problemas relacionados con la epigenética colaborando, por ejemplo, en tratamientos contra algunos tipos de cáncer o en enfermedades hereditarias relacionadas con pautas epigenéticas. Sin embargo, en la actualidad aún no se comprenden lo suficiente estos mecanismos como para poder actuar sobre ellos.