Desafíos de la Ingeniería

Transcripción

1 Pontificia Universidad Católica de Chile Desafíos de la Ingeniería Investigación Ser Vivo: La Cucaracha Sección: 7 Fecha: 30 de Marzo Nombre Profesor: Felipe Lyon Nombre Alumno: Martín De la Fuente

2 La cucaracha: su contexto y origen. La cucaracha es un insecto omnívoro que pertenece a la familia de los blatodeos, tiene cuerpo aplanado y mide entre 3 a 7 cm. El término cucaracha es un poco ambiguo pues existen alrededor de 4500 especies que pertenecen a esta familia y los llamamos a todos igual, sin embargo en esta oportunidad hablaremos de la cucaracha más común llamada Blatta orientalis. Estudios indican que los primeros blatodeos (casi idénticos a los actuales) datan de hace más de 300 millones de años, posicionando a las cucarachas como uno de los fósiles vivientes más antiguos. Otra característica de las cucarachas es la que hace referencia a su hábitat, estos insectos se adaptan a casi cualquier ambiente pero prefieren los climas más cálidos y los lugares poblados. Es muy común encontrarlas en las urbes, y en todo lugar donde haya basura y alimentos. Es por esto que su distribución poblacional recorre casi todo el planeta y se consideran plaga en muchos lugares. los dejan por donde caminan. Las cucarachas, además, son insectos nocturnos que presentan la mayor parte de su actividad en la noche. En el día suelen esconderse en surcos, desagües y cloacas. Esto representa un problema para los humanos porque son una fuente importante de transmisión de enfermedades ya que con sus patas arrastran todo tipo de microbios y

3 Pero Qué las hace tan especiales? Las cucarachas nos dan mucho de qué hablar, pero presentan tres características que realmente destacan en sobremanera. a) La primera es su capacidad de sobrevivir habiendo perdido la cabeza. Una cucaracha puede perder su cabeza y aun así vivir por varias semanas, su cuerpo sigue funcionando bajo estímulos y no morirá sino por inanición que causa la ausencia de su sistema digestivo primario (boca). b) La segunda es la resistencia que tienen contra la radiación. Pueden soportar dosis de radiactividad de 6 a 15 veces mayor que los humanos. Esta afirmación se vio demostrada en ejemplares de cucarachas que sobrevivieron a las bombas nucleares de Hiroshima y Nagasaki e incluso algunos científicos sostienen que las cucarachas podrían ser nuestras herederas de la tierra por ésta y otras de sus características de adaptación y resistencia. c) La última característica que hace tan especial a nuestro insecto es su capacidad de privarse de beber agua por un largo periodo de tiempo. Una persona promedio no puede vivir sin agua por más de 6-10 días, nuestra asombrosa criatura, en cambio, es capaz de sobrevivir más de 30 días sin beber agua.

4 Ahora bien Cómo lo hacen? (a) Lo primero que dijimos fue que las cucarachas podían vivir sin cabeza. Si bien este fenómeno puede parecernos incomprensible, se explica por la gran diferencia que hay entre nosotros los humanos y las cucarachas (y los insectos en general). La decapitación en humanos tiene como consecuencia la muerte casi inmediata por varios factores, para empezar respiramos por la boca y nariz y quien controla ese proceso crítico es el cerebro, por lo que la primera causa de muerte sería justamente la asfixia. La segunda razón de muerte sería la abundante pérdida de sangre, que se traduce a nivel de nuestro organismo, la no recepción de nutrientes ni oxígeno en nuestras células, tejidos, órganos y sistemas. Por último, y tal vez a un plazo mayor, moriríamos por hambre y deshidratación. Ahora bien, las cucarachas son tan distintas a nosotros que ninguno de estos factores las afecta. Su respiración es a través de espiráculos ubicados en el cuerpo que entregan oxígeno de manera directa a todas las células por una red de conductos llamados tráqueas. Como usan este sistema para distribuir el oxígeno, la sangre y el sistema circulatorio pasan a ser menos importantes y la presión sanguínea mucho más baja (comparándola con la de los humanos) de modo que un corte o desmembramiento no produce mucho sangrado. También logran sellar su cuello por simple coagulación, y como su sistema respiratorio no se ve mediado por el cerebro, pueden seguir respirando. Como si fuera poco, las cucarachas son poiquilotermas, o de sangre fría, lo que implica que no tienen mucho gasto de energía y por lo tanto pueden alimentarse una vez al mes y será suficiente. Podemos afirmar con esto que una cucaracha que se alimentó hace poco y es decapitada, podrá vivir hasta un mes, incluso una hembra con huevos, podría resguardarlos hasta su eclosión.

5 (b) Hablamos también de su resistencia a la radiación. Para entender esto, lo primero que debemos explicar es cómo afecta la radiación a los organismos vivos. La radiación afecta directamente a las moléculas del cuerpo, incluyendo la más elemental: el ADN. Daña su estructura e interfiere con todos los procesos más fundamentales, puede producir células cancerígenas o la muerte de las mismas. La radiación afecta principalmente a las células que están en división y como nosotros tenemos siempre células en división, siempre nos afecta. Nuestras células presentan además un sistema de reparación del ADN pero ante dosis altas de radiación no es posible repararlo todo. Las cucarachas, en cambio, presentan una desarrollada maquinaria para la reparación de su ADN, mucho más eficaz que la nuestra. Además sólo dividen sus células al mudar de piel, proceso que realizan cada una o dos semana, por lo que la mayoría del tiempo no tienen células vulnerables. Otra diferencia es que en sus células somáticas tienen dos pares de juegos cromosómicos (nosotros tenemos solo un par) lo que les sirve de reservorio para reemplazar material dañado. (c) Por último hablamos de su capacidad de no beber agua. Si bien está comprobado que las cucarachas pueden absorber agua de la humedad del medio, no es mucho lo que se sabe sobre el tema. Tal vez el experimento más importante lo realizó M. J. O'Donnel con la Arenivaga investigata o cucaracha del desierto 12. Nuevamente, su gracia se ve favorecida por su anatomía. Del 1 M. J. O'Donnell. "Site of Water Vapor Absorption in the Desert Cockroach, Arenivaga investigata". National Academy of Sciences. 2

6 experimento se concluye que la cucaracha puede absorber agua por tres partes: su superficie dorsal, su ano y su boca, siendo esta última la más importante. Tras observar cuidadosamente su boca, el científico se dio cuenta que para absorber el agua, la cucaracha extraía dos vesículas negras de no más de 1mm cada una. Al estudiarlas bajo el microscopio electrónico, observa que la superficie de estas vesículas está provista de una cubierta de miles de micro pelos muy densos. Estos sirven aparentemente para mantener una capa de fluido sobre la superficie de la vesícula y podrían estar implicados también en que el agua fluya para mantener su temperatura. Entonces, nos podrían ser útiles las cucarachas? Vimos entonces el contexto de las cucarachas, vimos tres de sus asombrosas características y vimos también cómo funcionaban estos mecanismos. Ahora, podríamos preguntarnos qué aplicación le podemos dar a los principios que hacen posible las características de las cucarachas, tienen acaso una aplicación a nuestra realidad? (a) Nuevamente vamos a comenzar con la capacidad de vivir sin cabeza. Esta característica resulta difícil de aplicar, las cucarachas pueden vivir sin cabeza por una cuestión morfológica, fisiológica, anatómica propia de su especie que es totalmente distinta a la nuestra. Si bien no es posible mantener viva a una persona sin cabeza, sí se pueden aplicar los principios de la cucaracha para, por ejemplo, mantener con vida el cuerpo de una persona que ha tenido muerte cerebral. Si una mujer muriera dando a luz, los doctores podrían mantener su cuerpo con vida hasta que el bebé sea extraído quirúrgicamente. Básicamente, lo que la anatomía de la cucaracha le permite, es seguir oxigenando su cuerpo y que su sangre siga circulando. Estos principios son, en parte, los que se aplican para mantener a las personas en estado vegetal.

7 (b) Ahora sigue su resistencia a la radiación. Al igual que antes estamos frente a una característica difícil de imitar, pues ya ni siquiera hablamos a nivel de sistema de la cucaracha, sino que estamos hablando de sus estructuras a nivel molecular. Dijimos que la radiación afectaba principalmente a las células en división, por lo tanto las cucarachas que no están mudando de piel, son menos sensibles a la radiación ya que no presentan división celular. Para aplicar esto a los humanos tendríamos que lograr detener la mitosis (o división celular) de todas nuestras células. Primero debemos saber que las células de nuestro cuerpo están constantemente en mitosis, habiendo algunas que se dividen más rápido que otras, por ejemplo, las células que forman los elementos figurados de la sangre (glóbulos blancos y rojos). Existen varias causas por las cuales se puede detener la mitosis, por nombrar algunas está la apoptosis (muerte celular programada), la senescencia, la quiescencia, etc. Para este caso nos centraremos en la senescencia, que en palabras simples, detiene el ciclo de división celular sin que las células mueran y luego pueden volver al ciclo. La senescencia se da naturalmente en el cuerpo cuando envejecemos, también para suprimir la formación de células cancerígenas y como respuesta al estrés. Si entendemos cómo funciona este proceso, podemos inducir artificialmente la senescencia de nuestras células. Se ha descubierto que el estímulo principal para iniciar este proceso es el acortamiento de los telómeros (extremo de cada brazo del cromosoma) debido a la ausencia de la enzima telomerasa 3. Ahora bien, con los avances de la ciencia actual, ya no es difícil sintetizar moléculas artificiales y si logramos crear un inhibidor de la enzima telomerasa, podríamos inducir a las células a entrar en senescencia (ya que los telómeros se acortan). En concreto, una droga que inhiba la enzima, serviría para disminuir el efecto de la radiación en nuestro cuerpo. Luego, cuando se deje de suministrar la droga, los niveles de la enzima volverían a sus niveles normales y las células reanudarían su ciclo de división. Este tipo de aplicación se relaciona con la biotecnología, una rama de la ingeniería realmente fascinante, personalmente, una de las ramas con las que más me identifico y de la cual probablemente haré mi futura profesión. (c) Su última característica, absorber agua de la humedad del ambiente es una de las que más podría servir si lo logramos aplicarla bien. Resultaría muy útil crear un aparato que logre absorber agua del medio, sobre todo para emplearlo 3 Citado de

8 en los lugares más desérticos o donde haya escases de agua. En la actualidad, son cada vez más los lugares en que no hay agua potable y una herramienta así, solucionaría muchos problemas si logra ser efectiva. Aquí un gráfico sobre los problemas del agua en la actualidad: Lo que debemos hacer es estudiar muy cuidadosamente la vesícula que usa la cucaracha, y hacer una réplica de la misma a mayor escala. El mismo principio que se usó para inventar el velcro aplicarlo a esta pequeña bolsita negra. Estudiar a fondo esos micro pelos densos de los que hablamos, y ver cómo logran atrapar las moléculas de agua de la atmósfera. Una vez aclarado esto, podemos proseguir a crear el modelo.

9 Bibliografía: eb/diploptera.shtml eatmomentsinscience PageID=overview#wrapper anualplagas/artopodos/cucarachas.pdf