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martes, 22 de septiembre de 2020

Fresas: decenas de frutos en una fruta

 


Introducción

¿Por qué las fresas tienen las semillas por fuera en vez de por dentro como el resto de las frutas? Respuesta: No, no las tienen.

Cuando mires de cerca una fresa madura, verás que el exterior está revestido de pequeños hoyos cada uno de los cuales contiene una diminuta semilla ¿verdad? No son semillas. Lo que estás viendo son decenas de pequeños frutos [1] individuales, cada uno con su propia semilla. Son un tipo de "aquenio" (un fruto que contiene una sola semilla). Son frutos secos y deben ser considerados como los verdaderos frutos de las fresas.

Dentro de cada fruto hay una pequeña semilla. Uno y otro son tan diminutos y están tan estrechamente unidos que parecen uno solo. La parte carnosa es sólo un tejido accesorio cuyo papel biológico es que la fresa resulte atractiva para los animales frugívoros. Los animales se tragan la jugosa pulpa y los aquenios. Más tarde, cuando defecan, los resistentes aquenios, que han superado el ataque de los jugos gástricos del tracto digestivo del animal, son depositados en otro lugar donde algunos germinarán para producir una nueva planta.

Estudio morfológico y anatómico

Empecemos por analizar una fresa (Fragaria x ananassa) en su conjunto (Imagen 00) y luego la estudiaremos por partes.

1. Imágenes 1 y 2. Observa toda la fresa. Lo primero que hay que considerar su relación con la flor de la que proviene. El trozo de tallo donde la flor se une al resto de la planta es el pedúnculo floral, que sostiene la flor. Esté como esté la fresa una vez cortada, debes tener en cuenta que cuando estaba en la planta de la que proviene era péndula, es decir, apuntaba hacia el suelo.




2. Imágenes 3 y 4. En las flores de las fresas, como las de géneros afines (Potentilla en la imagen 4), cáliz y corola son pentámeros; hay múltiples estambres formando un anillo por dentro de los pétalos. En el centro de la flor, hay un montículo (el receptáculo), en que se disponen decenas de pistilos, los órganos femeninos de las plantas con flores.




3. Imágenes 5 y 6. Observa los sépalos verdes que forman un anillo en la base de la fruta. Recuerda que los sépalos son las piezas más externas de las flores, cuya función biológica es proteger al resto de las piezas florales cuando la flor no está abierta, es decir, cuando está en capullo. El conjunto de los sépalos se llama cáliz.




Aunque parezca que hay diez sépalos formando dos anillos alternos de cinco sépalos, no es así. El anillo exterior se llama epicáliz y en realidad está compuesto por brácteas o estípulas, unos apéndices de los sépalos. Cada sépalo está flanqueado por dos estípulas, pero las estípulas adyacentes de dos sépalos vecinos se fusionan, dando la impresión de que las estípulas individuales alternan con los sépalos.

Levanta los sépalos para descubrir los estambres. El siguiente verticilo de apéndices de los sépalos normalmente está compuesto de pétalos, aunque estos desaparecen cuando las fresas han madurado. A veces, raras veces, un pequeño pétalo blanco arrugado y enmohecido puede aparecer pegado a la fresa en algún sitio. Lo que sí se puede ver al levantar los sépalos son un par de anillos de estambres que permanecen adheridos al cáliz. Los estambres de la fresa tienen forma de espátula, cuya parte ancha son las anteras, en las que se produce el polen. A estas alturas, las anteras se han abierto para arrojar el polen y las hendiduras acopadas por las que sale se ven de un color más oscuro que el resto del estambre (el filamento estaminal).

Imagen 7


4. Imagen 7. Mira ahora el esquema de una flor hermafrodita completa. No es la de la fresa, pero lo que quiero mostrar es que justo por dentro (en realidad por encima) del anillo de estambres está el pistilo (o los pistilos), cuya parte más importante es el ovario. Los ovarios son las estructuras cerradas que contienen los óvulos (en realidad debería llamarlos primordios seminales), que cuando sean fertilizados se convertirán en semillas. Después de la fecundación, los propios ovarios se convierten en frutos que encerrarán las semillas.

Imágenes 8, 9 y 10. Si seguimos ese modelo floral, podríamos comenzar imaginando que el gran montículo rojo en el centro de la flor de la fresa tiene que ser el ovario maduro (la fruta, botánicamente hablando el fruto). Pero observa que el montículo está cubierto de pequeñas piezas duras de color madera a las que solemos llamar semillas. Ahora bien, basta pensar en cualquier fruta (piense en una sección cortada de una manzana, de una naranja o de un melón), para darse cuenta de que las verdaderas semillas están en el interior de los frutos.

Las semillas no crecen en el exterior de los frutos. De la misma forma que los embriones de los mamíferos se desarrollan dentro de su madre, las semillas, que básicamente son los embriones de las plantas, también lo hacen, por lo que debemos sospechar que, si observamos semillas en el exterior, eso rompería todas las reglas normales de desarrollo de ovarios y frutos.

Si miras muy de cerca una de esas “semillas”, verás que en su extremo hay un pequeño apéndice filiforme. Ese hilo es el estilo que conduce al interior del ovario. Cualquier grano de polen que aterrice en el estigma (el extremo superior del estilo) puede germinar y desarrollar un tubo a través del estilo para llevar los gametos masculinos hasta los óvulos situados en el interior del ovario.

No hay semillas con estilo y estigma, porque ambos son atributos exclusivos de los frutos. Por tanto, la presencia de un estigma y de un estilo nos dice que cada una de esas "semillas" es en realidad un ovario maduro individual. El montículo de una fresa está cubierto de muchos frutitos duros. A ese tipo de frutos los llamamos aquenios: un tipo de fruto seco e indehiscente derivado de un ovario súpero que contiene una sola semilla.


Por último, corta la fresa transversalmente. Ahora que sabemos que el montículo rojo no es el verdadero fruto, y que los frutos reales son aquenios, nos daremos cuenta de que cuando comemos una fresa en realidad estamos comiendo decenas de frutos. Lo que obtenemos del montículo rojo es una recompensa dulce, ácida, jugosa y llena de vitaminas. Botánicamente, el montículo rojo es un eje floral muy grueso, el receptáculo, a cuyo alrededor se disponen sépalos, pétalos y estambres, y cuya colina central coronan decenas de pistilos.



Fresas, zarzamoras y frambuesas

Imágenes 10, 11 y 12. Para resumir, una fresa no es una baya (para conocer más a fondo las bayas, lee estos dos artículos de mi blog: 1, 2) sino un eje floral dulce y carnoso (receptáculo) cubierto de muchos frutos secos individuales llamados aquenios. Botánicamente, el conjunto es una infrutescencia que recibe el nombre de eterio o conocarpo.



Mira ahora la figura 12. Conceptualmente es útil comparar las fresas con zarzamoras y frambuesas del género Rubus, que pertenecen a la misma familia (Rosaceae). Como las fresas, zarzamoras y frambuesas tienen un receptáculo agrandado cubierto de frutos individuales; sin embargo, a diferencia de las fresas, zarzamoras y frambuesas tienen un receptáculo seco.


En ambas, los frutos son carnosos y dulces. Aunque los frutos no son aquenios, tampoco son bayas. Esos frutos tienen una parte carnosa, el mesocarpo (literalmente “fruto medio”) que rodea un huesecillo (un endocarpo duro), que contiene una sola semilla. Son esencialmente ciruelas o melocotones, es decir, drupas en miniatura. Para saber más sobre las drupas, consulta este artículo de mi blog.

Las frambuesas parecen huecas porque sus receptáculos se quedan anclados en el arbusto cuando arrancamos el conjunto piramidal que forman las drupas estrechamente unidas las unas a las otras.

Conclusión

Fresas y moras usan diferentes estrategias para el mismo fin: la dispersión de sus semillas a gracias a los animales, lo que conocemos como zoocoria. Ya sea el receptáculo de la fresa o las drupitas de moras y frambuesas, se trata de estructuras dulces y carnosas que atraen y recompensan a los dispersores de semillas, mientras que una pequeña cubierta dura, la pared del aquenio o el hueso de la drupa, protege a las semillas cuando atraviesan el tracto digestivo de los animales que las digieren.



[1] Una cuestión básica que muchas veces mueve a confusión. De la misma forma que a los peces cuando están en el mercado les llamamos “pescados”, a las estructuras orgánicas reproductoras de las plantas, que botánicamente se llaman frutos, les llamamos “frutas” una vez puestas sobre los mostradores comerciales.

sábado, 19 de septiembre de 2020

COVID-19: lo que nos enseña el tabaco


La regla de los seis pies como medida de distanciamiento social es un buen punto de referencia fácil de recordar, pero es importante comprender sus limitaciones con la llegada del otoño.

Mañana de calma otoñal. No corre ni una brisa. En el jardín de la facultad me encuentro con una compañera, una de las últimas fumadoras que quedan por aquí. Nos separamos prudencialmente, unos tres metros calculo. Yo llevo la mascarilla. Ella fuma. Intenta que el humo no me alcance. No lo consigue. Cada vez que espira, el aroma del tabaco llega hasta mí. Si me alcanza el humo, pienso, también lo haría cualquier virus.

El distanciamiento físico consiste en mantener una distancia segura con quienes no convivimos habitualmente. La distancia se basa en la regla de los seis pies, la longitud aproximada de 2 brazos extendidos, unos dos metros.

Cuando exhalamos aire pulmonar emitimos entre 900 y 300 000 partículas líquidas. Estas partículas varían en tamaño desde microscópicas, de una milésima del grosor de un pelo, hasta otras con el tamaño de un grano de arena. Un estornudo puede lanzarlas a velocidades de hasta 100 km/h. Las gotitas se mezclan en el aire circundante formando aerosoles (Vídeo 1).

Vídeo 1. Estas animaciones realizadas en la Universidad de Florida, que utilizan modelos informáticos, muestran cómo un estornudo propaga gotitas respiratorias. Mientras que las partículas más grandes caen rápidamente, otras permanecen en el aire como aerosoles. Las animaciones varían según la dirección del estornudo, el volumen (Q) en litros y la velocidad máxima (Umax) en metros por segundo en condiciones de temperatura idénticas. Crédito: K. Liu, J. Salinas, M. Allahyari, N. Zgheib y S. Balachandar / Universidad de Florida. 

Mientras que las de mayor tamaño y a veces fácilmente observables, las gotas de Flügge, caen siguiendo una trayectoria balística y desde cualquier superficie en la que caigan pueden contagiar indirectamente, la mayoría tienen un diámetro inferior a  cinco micras, son demasiado pequeñas para verlas, las lanzamos constantemente cuando respiramos, hablamos, cantamos, tosemos o estornudamos y se esfuman rápidamente como el humo del tabaco.

En los años 30 del siglo pasado, el bacteriólogo William F. Wells, que investigaba sobre la tuberculosis, publicó un artículo en el que expuso que lo más lejos que viajaban los aerosoles respiratorios antes de evaporarse o de caer al suelo era de unos seis pies. Aunque es cierto que mantenerse a esa distancia puede reducir la posibilidad de que una gota cargada de virus nos alcance directamente cuando alguien tose o grita, la regla, además de pasar por alto el contagio desde objetos contaminados, no proporciona un escenario completo del riesgo de contagio, especialmente en interiores o en espacios abiertos con tiempo calmo, cuando la ventilación es insuficiente

Debido a la evaporación, el tamaño de los aerosoles espirados puede disminuir rápidamente hasta aproximadamente el 40% de su diámetro original e incluso más. La evaporación no es completa porque están compuestos de agua y de materia orgánica que, en el caso de proceder de una persona contagiada, puede incluir SARS-CoV-2, cuyo tamaño es pequeño, de aproximadamente 0,1 micras. El riesgo de infección es más alto justo al lado de una persona infectada y decrece con la distancia y con la capacidad de contagio del virus, que disminuye con el tiempo.

Los aerosoles pueden permanecer suspendidos en el aire durante minutos u horas, lo que representa un riesgo cierto de contagio para cualquiera que los inhale. Como las corrientes de aire por pequeñas que sean los dispersan, no representan ningún peligro de contagio en ambientes abiertos y bien ventilados: en exteriores, el distanciamiento físico y la mascarilla proporcionan una excelente protección contra la transmisión de virus. En interiores la cosa cambia.

Figura 1: Cuando la ventilación es escasa, la "nube" de aerosoles formada por cualquier estornudo o por cualquiera que grite sin llevar mascarilla se dispersa formando un halo ligeramente alejado de las proximidades de la persona emisora que va diluyéndose a medida que se extiende. Pero, aunque se disperse, ese proceso dura varios minutos y, mientras tanto, una persona que camine sin mascarilla entre los estantes puede inhalar las partículas pequeñas.

Los resultados de varias investigaciones demuestran que la transmisión por aerosoles puede ser relevante en ambientes con una escasa ventilación como los que pueden presentarse, por ejemplo, en los pasillos angostos de los supermercados o de las bibliotecas (Figura 1).

Pero no es necesario que los pasillos formados por las estanterías actúen de autopistas víricas. Imagine que entra en una habitación donde alguien está fumando. Cuanto más cerca esté del fumador, más potente será el olor y más humo inhalará. Basta entrar en una habitación donde se haya fumado, para comprobar que el humo se mantiene en el aire varias horas y que, pasado un tiempo, impregnará toda la atmósfera del local (Vídeo 2).

Vídeo 2. Salvando algunas pequeñas diferencias, observar cómo se mueve el humo de un cigarrillo en una habitación sin ventanas puede ayudar a entender cómo circulan en el aire las gotitas cargadas de virus. El modelo muestra las trayectorias de las gotas emitidas por alguien en una habitación con ventilación mixta. Crédito: Goodarz Ahmadi y Mazyar Salmanzadeh / Clarkson University.

El humo del cigarrillo contiene aerosoles similares a las gotitas respiratorias más pequeñas, las que permanecen más tiempo en el aire. El humo puede ser transportado por el viento a más de seis pies, pero las concentraciones normales de humo no se acumulan en exteriores porque se diluyen en el gran volumen de aire que nos rodea. Por eso, unos investigadores chinos descubrieron que solo uno de los 314 brotes que examinaron se produjo por un contagio al aire libre. 

Sin embargo, la mayoría de los espacios interiores tienen poca ventilación. Eso permite que la concentración de aerosoles se acumule con el tiempo y llegue a todos los rincones. Hablar en voz alta, gritar o cantar también pueden generar concentraciones mucho mayores de aerosoles, lo que aumenta enormemente el riesgo de contagio.

No es de extrañar que el origen de la gran propagación inicial del COVID-19 y de la mayoría de los casos de “superpropagación” se hayan producido en reuniones masivas y en interiores, incluidos locales de ocio abarrotados, funerales y cualquier otra actividad más o menos multitudinaria en la que no se hayan usado mascarillas.

Antes de la actual pandemia, nadie se preocupaba del contagio respiratorio por aerosoles acumulados en interiores porque su carga vírica era demasiado baja para causar contagios serios. Con el SARS-CoV-2, la situación es diferente. Los estudios han demostrado que los aerosoles de los pacientes COVID-19 positivos, incluso aquellos que son asintomáticos, portan una carga vírica suficiente como para que, cuando se inhalan durante una simple conversación, sea posible una infección respiratoria.

No hay distancia segura que valga en un espacio mal ventilado. Como sucede cuando alguien fuma cerca de nosotros, una estrategia muy eficaz para no respirar humo es evitar colocarse directamente a favor del viento del fumador. Esto también es válido para las gotitas respiratorias.


Pero del mismo modo que abrir ventanas puede limpiar una habitación llena de humo, las buenas estrategias comunitarias implican la ventilación y el filtrado que aportan aire fresco para reducir los niveles de concentración de aerosoles. Ambas actuaciones reducen la concentración de gotitas respiratorias que se acumulan en el local y brindan protección contra la inhalación de aerosoles infectados. Además, se deben usar mascarillas en todo momento, pero aún más en interiores de lugares públicos.

Finalmente, debido a que el riesgo de infección aumenta con el tiempo de exposición, también es importante limitar el tiempo que se pasa dentro de los espacios públicos. En general, las pruebas sugieren que es mucho más arriesgado estar adentro que afuera. La razón es la falta de flujo de aire. Se necesitan entre 15 minutos y tres horas para que un aerosol sea succionado y expulsado por un sistema de ventilación o a través de una ventana abierta.

Por tanto, aunque la regla de los seis pies sea una buena herramienta para combatir la propagación de la COVID-19, a medida que con los frescos otoñales se organicen más actividades interiores, será fundamental implantar las medidas de seguridad recomendadas por Sanidad, incluidas las que la lógica dicta para evitar inhalar el humo del tabaco: crear corrientes para airear y ventilar de manera forzada con aire del exterior y, en el caso de usar aparatos de ventilación, que incorporen filtros al menos de tipo MERV-13.

viernes, 18 de septiembre de 2020

¿Puedo cargar el móvil con una batería de verduras?

Las frutas y las verduras conducen la electricidad de la misma manera que una solución salina como la del interior de una pila o de una batería cierra un circuito eléctrico.

Hace muchos años, cuando visité por primera vez el Museo de Ciencias de San Diego, un experimento que hoy me parece pan comido me fascinó. En una mesa, unos pepinillos, por un lado, y unas patatas por otro, estaban conectados a unos cables que producían la suficiente electricidad como para mantener encendida una pequeña bombilla. Fue la primera batería vegetal que vi en mi vida.

Hay muchos tipos de conductores. Los conductores más conocidos son los eléctricos, por lo general de cables de cobre, que se utilizan para hacer funcionar corrientes eléctricas en todo tipo de instalaciones, y los conductores iónicos, que pueden generar electricidad gracias al movimiento libre de unas partículas cargadas eléctricamente, los iones.

Las frutas y verduras conducen la electricidad de la misma manera que una solución de sal completa un circuito eléctrico como sucede en el interior de una pila o de una batería gracias a los iones que hay en la solución salina. No conducen electrones como lo hacen los conductores eléctricos tradicionales. Veamos cómo funciona una pila (Figura 1).


La mayoría de las pilas (o de las baterías de los dispositivos móviles) tienen tres componentes fundamentales: electrodos, electrolito y separador. Cada batería tiene dos electrodos hechos de materiales conductores, que cumplen funciones diferentes. Un electrodo, el cátodo, está conectado al extremo positivo de la pila [marcado con el signo más (+) en la pila], y es por donde la corriente eléctrica sale (o entran electrones) durante la descarga, es decir cuando la batería se utiliza para alimentar algo. El otro electrodo, conocido como ánodo, está conectado al extremo negativo de la batería [marcado con el signo más (-) en la pila] es por donde la corriente eléctrica entra (o los electrones salen) de la batería durante la descarga.

Entre estos electrodos está el electrolito. Es una sustancia líquida gelificada que contiene iones o partículas cargadas eléctricamente. Los iones se combinan con los materiales que componen los electrodos produciendo reacciones químicas que permiten que una batería genere una corriente eléctrica.

La función del separador es mantener el ánodo y el cátodo separados entre sí dentro de la batería. Sin un separador, los dos electrodos entrarían en contacto, lo que provocaría un cortocircuito que impediría que la batería funcionara correctamente.

Para ver cómo funciona una batería, imagínate colocando pilas alcalinas en una linterna. Cuando pones las baterías en la linterna y la enciendes, lo que realmente estás haciendo es completar un circuito. La energía química almacenada en la batería se convierte en energía eléctrica, que sale de la batería y entra en la base de la bombilla de la linterna, lo que hace que se encienda. Luego, la corriente eléctrica vuelve a entrar en la batería, pero en el extremo opuesto de donde salió originalmente.

Los electrodos de la pila contienen átomos de ciertos materiales conductores. Por ejemplo, en una batería alcalina, el ánodo normalmente está hecho de zinc, mientras que el cátodo suele ser de dióxido de manganeso. El electrolito que rellena el interior entre ambnos electrodos contiene iones. Cuando estos iones se encuentran con los átomos de los electrodos, se producen unas reacciones electroquímicas entre iones y átomos.

La serie de reacciones químicas que ocurren en los electrodos se conocen como reacciones de oxidación-reducción (redox). En una batería, el cátodo se conoce como el agente oxidante porque acepta electrones del ánodo. El ánodo se conoce como agente reductor, porque pierde electrones, es decir, se “reduce”. Estas reacciones dan como resultado el flujo de iones entre el ánodo y el cátodo, así como la liberación de los electrones de los átomos del electrodo.

Estos electrones libres se reúnen dentro del ánodo (la parte inferior plana de una pila alcalina. Como resultado, los dos electrodos tienen cargas diferentes: el ánodo se carga negativamente a medida que se liberan los electrones, y el cátodo se carga positivamente a medida que se consumen los electrones (que están cargados negativamente). Esta diferencia de carga hace que los electrones quieran moverse hacia el cátodo. No tienen forma de llegar al interior de la batería porque el separador les impide hacerlo.

Cuando pulsas el interruptor de tu linterna, todo eso cambia. En ese momento, los electrones consiguen una vía para llegar al cátodo. Pero primero tienen que pasar por la base de la bombilla de la linterna provocando su ignición. El circuito se completa cuando la corriente eléctrica vuelve a entrar en la pila a través de la parte superior de la batería en el cátodo.

Volvamos a nuestras verduras. Como expliqué en este artículo, las células funcionan gracias a las diferencias de carga que hay en el interior y en el exterior de la membrana celular. Como están formados por células, los tejidos animales o vegetales son conductores iónicos que crean circuitos. Los electrolitos, que son los compuestos químicos que crean iones en estos materiales orgánicos cuando se disuelven en agua, hacen todo el trabajo.

Un conductor iónico contiene cargas positivas y negativas, que se mueven libremente cuando entran en contacto con un voltaje determinado. Por ejemplo, cuando la sal de mesa se disuelve en agua, el sodio (Na+ y el cloro (Cl-), que tienen cargas opuestas, crean una solución iónica. Estas soluciones iónicas se llaman electrolitos y se pueden encontrar en todos los seres vivos.

Por eso, técnicamente, cualquier fruta o verdura puede convertirse en un conductor iónico, pero algunas son mejores que otras. Por esa misma razón, el agua del mar o el agua del grifo sin filtrar son mejores conductores iónicos que el agua dulce filtrada.

Las naranjas, cuyo interior está compartimentado por los tabiques de los carpelos, son malos conductores iónicos.

La mejor batería vegetal será la formada por cualquier fruta o verdura que contenga altos niveles de iones que sean buenos conductores, como el potasio o el sodio, y presente una estructura interna adecuada para crear una corriente. Las patatas, que tienen estructuras homogéneas, y los pepinillos, que tienen altos niveles de sodio y mucha acidez, son dos buenos ejemplos. Si quiere conseguir un "empujón" eléctrico adicional, puede remojar la patata o el pepino en agua salada antes de montar el experimento de la batería vegetal.

Por el contrario, no funcionarán bien ni los tomates, que tienen un interior complejo y desordenado, ni las naranjas, que, aunque tienen altos niveles de potasio, poseen una pulpa dividida en compartimentos separados por tabiques que crean barreras que bloquean la corriente.

Algunas frutas y verduras pueden estar repletas de iones superconductores, pero se necesitan algunos materiales más para convertirlas en baterías. El voltaje de la batería proviene de electrodos hechos de dos metales diferentes, cobre y zinc. Si quiere construir fácilmente una batería de patata o pepinillo, debe colocar una moneda de 1 céntimo de euro (son de acero recubierto de cobre) y un clavo galvanizado (que generalmente está hecho de hierro recubierto con zinc).

Ni la fruta ni la verdura pueden producir electricidad por sí solas. Necesitan una ayuda para impulsar los iones. Cuando inserta en ellos dos metales diferentes y los conecta con un cable, se crea un circuito eléctrico. Luego, cuando el cable entra en contacto con los electrolitos, la batería comienza a generar voltaje. Debido a la diferencia en la energía potencial eléctrica entre los dos metales, los iones positivos y negativos comenzarán a moverse libremente.

Pero ¿podría cargar la batería de mi móvil con una batería de patatas? Una batería de una sola patata puede producir alrededor de 1,2 voltios, así que necesitaría conectar muchas baterías de papa en paralelo para crear la corriente suficiente para cargar un teléfono o una tableta.

No experimente como hacía el profesor Franz de Copenhague: le resultará más fácil, más eficaz y más económico usar el cargador de su teléfono. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

martes, 15 de septiembre de 2020

Plantas venenosas: El misterioso caso de los corderos cíclopes

Veratrum californicum. Fuente

En una entrada anterior escribí sobre los efectos tóxicos e incluso letales que causa la ingestión del eléboro falso, Veratrum album. Esta herbácea de montaña es una planta de distribución euroasiática. Al otro lado del estrecho de Bering es sustituida por una especie próxima, el lirio maíz, Veratrum californicum. El descubrimiento de sus extrañas cualidades venenosas es una curiosa historia.

En 1957 los ganaderos de Idaho, muchos de ellos descendientes de emigrantes vascos como atestigua la película Brokeback Mountain, empezaron a alarmarse. En algunos rebaños las ovejas estaban pariendo corderos con terribles deformidades. Los corderos simplemente no se desarrollaban bien. Salían del útero materno con extremidades que emergían de las cabezas, cerebros incompletos y algunos solo lucían un ojo deforme en el centro de la cara.

Pasó más de una década antes de que se identificara la causa de estas deformidades y otras dos antes de que se supiera qué había sucedido. Las primeras evidencias procedieron de los patrones climáticos durante aquel fatídico año.

Cabeza deforme de un cordero cíclope. Fuente
En un año normal, las ovejas suelen encontrar suficiente forraje a bajas altitudes. Con lluvia suficiente las plantas crecen bien y las ovejas no tienen que viajar muy lejos para encontrar comida. Las cosas cambian durante las sequías severas. A medida que crece la sequía, las plantas de las zonas más bajas comienzan a agostarse. Para encontrar pastos suficientes, las ovejas deben subir a las montañas. Como todo el mundo sabe, al subir en altitud algunas plantas sensibles al frío desaparecen mientras que otras comienzan a aparecer y a hacerse cada vez más abundantes. Ese es el caso del lirio maíz, que comienza a abundar cada vez más a medida que se asciende al piso subalpino de las Rocosas de Idaho.

Hay un hilo común que muestra el estrecho parentesco fitoquímico entre todas las especies del género Veratrum, todas las cuales producen algunos alcaloides muy potentes. Aunque la toxicidad puede variar de una especie a otra, es seguro que la mayoría de los Veratrum pueden envenenarnos si se ingieren durante su período de crecimiento activo.

Flor de V. californicum. Fuente
Sin embargo, a pesar de que todas las partes de los Veratrum son tóxicas, las ovejas de Idaho, que raramente habían entrado en contacto con el lirio maíz y por lo tanto no habían desarrollado el instinto de rechazo que sienten los animales hacia las plantas venenosas de su entorno, no lo sabían. Durante la sequía de 1957 algunas ovejas se alimentaron de las flores de V. californicum.

Las flores en sí mismas no son la parte más tóxica de la planta, pero producen niveles apreciables de alcaloides tóxicos. Después de 11 años de estudiar estas ovejas con malformaciones, los científicos se dieron cuenta de que, aunque las ovejas preñadas podían alimentarse de las flores de V. californicum sin sufrir síntomas de envenenamiento, parían corderos deformados. Comprobaron que las deformidades encontradas en estos corderos se debían al consumo de esa planta.

Sin embargo, este caso no estaba cerrado. Los ganaderos aprendieron que debían mantener a sus ovejas alejadas del lirio maíz, pero nadie tenía idea de cómo consumir estas plantas conducía a defectos tan horribles entre los corderos. Pasaron 25 años más antes de que los científicos tuvieran la respuesta.

Mientras estudiaban el desarrollo embrionario de las moscas de la fruta, unos investigadores descubrieron un conjunto de genes que, cuando se desactivan, hacen que a las moscas les crezcan pelos espinosos por todo el cuerpo. Llamaron a este gen "Sonic Hedgehog" (Sonic el erizo) por el personaje de la película y del vídeojuego. Descubrieron que el gen no era exclusivo de las moscas, sino que era extremadamente importante en el desarrollo de otros organismos.

Es importante destacar que estos genes controlan la forma en que se desarrolla el plan corporal de un organismo. Cuando algo sale mal en la ruta codificadora del Sonic Hedgehog, surgen una serie de deformidades. Entre ellas se encuentra el desarrollo de un solo ojo malformado en el medio de la cabeza de los mamíferos.

Los investigadores que estudiaron el Sonic Hedgehog recordaron la historia de los corderos cíclopes de Idaho. No tardaron mucho tiempo en juntar las piezas del rompecabezas. Pronto descubrieron que V. californicum produce un alcaloide particular que interfiere con el Sonic Hedgehog. El compuesto se denominó "ciclopamina" como referencia a las deformidades causadas en 1957. Los científicos finalmente tenían la prueba definitiva.

Cuando las sequías hicieron que las ovejas subieran a las montañas en busca de plantas para pastar, algunas de ellas mordisquearon las flores de V. californicum. Si estaban preñadas en ese momento, ingerían suficiente ciclopamina como para interrumpir la vía del Sonic Hedgehog en sus fetos en desarrollo. Una vez que esa vía se cierra, el embrión ya no tiene un plan coherente de desarrollo y aparecen todo tipo de deformidades.

La historia no termina aquí. Los científicos no solo se resolvieron un misterio que había cumplido más de 30 años, también habían logrado una comprensión mucho más detallada del desarrollo embrionario. También se fueron con algunas ideas nuevas para probar. La más interesante de ellas se relaciona a los tratamientos contra el cáncer.

Resulta que la vía del Sonic Hedgehog es una de las muchas vías implicadas en un par de tipos diferentes de cáncer. Normalmente, el gen está inactivo en los adultos, pero algunas circunstancias pueden hacer que se reactive y se acelere, dando lugar a tumores cancerosos. Algunos científicos están usando ciclopamina para desactivar la vía del Sonic Hedgehog en estos tumores como una forma de tratamiento anticancerígeno. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Maíz: del plato a la taza

¿Por qué los humanos no podemos digerir bien el maíz?

Si alguna vez y por algún motivo que es preferible no conocer, ha tenido que observar sus heces horas después de haber comido maíz, habrá comprobado que los granos amarillos aparecen en ellas aparentemente sin digerir.

El maíz se las apaña para pasar casi intacto desde el plato hasta la taza (del retrete). Si los granos aparecen en las heces es porque han atravesado nuestro tracto digestivo sin alterarse demasiado. Eso es toda una hazaña, aunque solo consideremos la capacidad destructiva de los jugos digestivos.

En términos generales, cada comida que hacemos pasa aproximadamente entre cuatro y seis horas en el estómago donde el alimento es bañado en ácido clorhídrico, luego de seis a ocho más en el intestino delgado —donde todo lo que resulta nutritivo se extrae y se envía al resto del cuerpo para ser utilizado o, desgraciadamente, almacenado—, y después hasta tres días en el colon, donde miles y miles de millones de bacterias se encargan de digerir lo que el resto de los intestinos no puede manejar, principalmente fibra.

¿Cómo sobrevive el maíz al sistema digestivo? Y quizás lo más importante, ¿deberíamos comer un alimento que es tan difícil de digerir?

Como decía Jack el Destripador, vayamos por partes. En primer lugar, si observa con la debida atención (que no será mucha, habida cuenta de que observar heces no es nada glamuroso) los supuestos granos intactos, comprobará que buena parte del sistema digestivo ha hecho su trabajo. Los granos amarillos de las heces solo son en realidad la capa exterior del grano.

Los granos de maíz son frutos que en su mayor parte (salvo la “piel”) son semillas que contienen un material genético precioso. La clave para la supervivencia de la semilla es el revestimiento exterior céreo y amarillo que protege el material genético del clima, de las plagas y de las vicisitudes que puede sufrir un grano al ser transportado de un sitio para otro.

Inflorescencia masculina del maíz
Que sea difícil de descomponer es ideal para el principal objetivo de cualquier planta: dejar descendencia a través de sus semillas. El revestimiento exterior, la “piel”, debe su resistencia a la celulosa, una fibra resistente que los humanos no podemos digerir porque carecemos de las enzimas que la degradan y de las bacterias intestinales capaces de digerirlas.

Incluso los rumiantes, que están mucho mejor equipados para digerir la celulosa, no siempre pueden digerirlo completamente. Aunque el ganado no come el mismo maíz dulce y suave que nosotros (comen maíz forrajero, más duro y resistente que se puede almacenar a largo plazo), también expulsan granos enteros en su estiércol.

Los investigadores en nutrición animal saben que el maíz es un excelente alimento. La celulosa constituye solo alrededor del 10% del maíz. El otro 90% es alimento de primera. Rico en vitaminas A y C, entre los minerales que lo componen se encuentran el cobre, el hierro, el magnesio, el zinc y el fósforo.

El maíz es también una buena fuente de unos antioxidantes, los carotenoides, que son los responsables de darles a ellos y a verduras como las zanahorias sus impresionantes colores. Entre esos antioxidantes destacan la zeaxantina, que juega un importante papel en mantener nuestros ojos saludables, y la luteína, que protege la piel de los rayos del sol y previene su envejecimiento. Es por último una importante fuente de fibra dietética que ayuda a regular la digestión, así como los niveles de colesterol y glucosa en sangre.

Hay una manera de hacer que el maíz sea más digerible y deje de aparecer en la taza: procesarlo. Cuanto más se procesa, más fácil se digiere. Eso vale tanto para los humanos como para los animales. Molerlo, triturarlo en húmedo, cocinarlo: cada paso del procesamiento descompone un poco más las moléculas de fibra difíciles de digerir.

De hecho, la mayor parte del maíz que consume se procesa. En un informe de la universidad de Tufts, Massachusetts, se estima que cada estadounidense consume 70 kilos de maíz al año. La gran mayoría de ese maíz no es tan difícil de digerir como los granos mordisqueados directamente de la mazorca, porque los granos se procesan para convertirlos en tortillas, frituras, palomitas y, con gran diferencia en un sirope (que no conviene confundir con el de arce), un jarabe de maíz con alto contenido en fructosa.

Sin embargo, que sea más fácil de digerir no debe confundirse con que sea más saludable. La información nutricional nos enseña que los productos de maíz procesados comunes, como el aceite de maíz y el jarabe de maíz con alto contenido de fructosa (una verdadera bomba calórica), pierden la mayor parte de la fibra y los nutrientes durante el procesamiento.

Los granos de maíz en la taza pueden parecer extraños, pero no son malos para la salud. De hecho, es una señal de que estás comiendo maíz en una de sus formas más saludables. El mejor consejo para evitar ver granos enteros en el retrete es masticarlos con cuidado. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

domingo, 6 de septiembre de 2020

Raíces amargas y venenos ocultos

Gentiana lutea

Sabido es que en los albores de la humanidad nuestros hábitos eran los de los cazadores recolectores, de manera que hemos estado buscando alimentos silvestres durante decenas de miles de años. Ahora, con un supermercado en cada esquina y las ventas en línea, el viejo (y peligroso) arte de consumir productos directamente tomados de la naturaleza se ha convertido en una excentricidad entre los urbanitas y en una práctica a extinguir en el medio rural.

Salvo que uno sea un experto o alguien que se dedique a recolectar únicamente los organismos (por lo general plantas y setas) que conoce a la perfección, la búsqueda de alimentos silvestres por razones de sustento, medicinales o culinarias puede conducir fácilmente a cometer errores graves, incluso fatales.

Tomemos como ejemplo a Gentiana lutea, comúnmente conocida como genciana amarilla o raíz amarga. Los senderistas que cruzan los Pirineos, los Picos de Europa o, más al sur, Gredos (ver los mapas más adelante), se habrán encontrado más de una vez con esta planta herbácea relativamente abundante en los prados subalpinos del centro y sur de Europa, que puede alcanzar hasta 2 metros de altura y tiene una larga historia de uso medicinal para el tratamiento de trastornos digestivos y dolencias estomacales.

Una de las sustancias químicas responsables de sus propiedades medicinales es el glucósido amarogentina abundante en sus raíces, que, en un toque de ironía debido a la fracción de azúcar (glucósido) que constituye su molécula, resulta ser una de las sustancias más amargas conocidas. La amarogentina, toda una panacea del sistema digestivo, funciona en varios frentes: los glucósidos amargos le confieren propiedades eupépticas (digestivas, si prefieren este término), que estimulan la secreción y motilidad del estómago, por lo que se utiliza en aperitivos y licores estomacales; promueve la secreción de saliva y bilis (para descomponer los alimentos), inhibe la secreción de jugo gástrico (elimina los ardores estomacales) y aumenta las prostaglandinas (actividad antiulcerante).

Con la lección de las virtuosas propiedades de la genciana bien aprendidas, un urbanita alemán recolectó las raíces de lo que él creía que era Gentiana lutea y las usó para hacer una bebida alcohólica fermentada. No es muy difícil. Como la raíz contiene hasta un 77% de diferentes azúcares, un buen puñado de ellas se tritura y se pone a fermentar para obtener un alcohol de baja graduación, el vino de genciana; luego, este vino se destila para obtener el aguardiente de genciana, la base del conocido y misterioso licor de Chartreuse.

Conseguido su aguardiente, nuestro urbanita tomó un par de tragos de la mezcla de alcohol al 25% (50 grados) y se dispuso a gozar de los efluvios propios de una ingesta relativamente moderada de alcohol. Se quedó con las ganas: poco después experimentó náuseas, vómitos y una sensación de hormigueo en la boca y en las yemas de los dedos. Cuando ingresó en urgencias se encontraba bradicárdico e hipotenso: frecuencia cardíaca lenta de 30 latidos por minuto y presión arterial muy baja de 50/30.

Además de la desintoxicación con carbón activado, los médicos le administraron atropina para aumentar su frecuencia cardíaca y metoclopramida y ondansetrón para controlar las náuseas y los vómitos. Tuvo la suerte de recibir atención médica inmediata, se recuperó por completo y fue dado de alta 24 horas después.

Veratrum album (izquierda) y Gentiana lutea
Nuestro desconocido alemán había cometido un error de manual: se envenenó con eléboro blanco o falso, Veratrum album, una hierba perenne que, como la raíz de genciana, crece en las regiones alpinas y produce tallos floridos que alcanzan también casi dos metros de altura. Como sus hojas se parecen un poco, especialmente cuando son jóvenes, no es el primer caso de confundir una y otra planta.

¿Qué sustancias químicas causan náuseas, vómitos y problemas cardíacos? Hay todo un arsenal de alcaloides en el eléboro blanco (escribiré sobre él la próxima semana), pero los detectados y confirmados en el suero de nuestro alemán envenenado fueron protoveratrina-A (ProA) y protoveratrina-B (ProB), en concentraciones de 1162 y 402 ng/l, respectivamente.

Hoy sabemos que tanto en el interior como en el exterior de la célula hay una serie de partículas cargadas eléctricamente, los iones. Aunque están separados por la membrana celular, en esta existen unas diminutas compuertas conocidas como canales iónicos. Cuando se abre la compuerta, los iones fluyen a través de ella generando una pequeña corriente eléctrica, aunque en este caso lo de «pequeña» sea una cuestión de perspectiva: cada contracción eléctrica a nivel celular produce tan solo cien milivoltios de energía, pero como nuestro cuerpo tiene unos 37 billones de células, la microcorriente celular se traduce en 30 millones de voltios por metro, casi el equivalente a un relámpago. 

En otras palabras: la cantidad de electricidad que se produce en el interior de nuestras células es mil veces mayor que la que tenemos en casa. Dado que regulan los impulsos eléctricos de todo el cuerpo, incluyendo, como un marcapasos, los ritmos cardíacos, esos cambios de voltaje nos permiten vivir y funcionar adecuadamente. 

Los canales iónicos de sodio se abren o cierran en respuesta a cambios en el potencial de membrana regulados por las glicoproteínas “canales”. Los alcaloides ProA y ProB actúan sobre esas glicoproteínas alterando su funcionamiento. Una vez unidas a ellos, la conformación de esas proteínas cambia, lo que hace que los canales iónicos permanezcan abiertos y constantemente activados. Los sitios afectados son las membranas celulares de los tejidos "excitables", en particular las neuronas y los músculos esquelético y cardíaco. 

La toxicidad se manifiesta en varios síntomas. Neurológicamente, produce parestesia, esa sensación de “hormigueo” mencionada anteriormente. En el sistema cardiovascular, se produce hipotensión, bradicardia y multitud de arritmias. Las náuseas, los vómitos y la diarrea completan los síntomas que afectan al sistema gastrointestinal.

Pues ya lo sabe: si está dispuesto a buscar comida por esos campos de Dios, siempre es una buena idea saber cuáles son los "parecidos" comunes en el territorio que vaya a visitar, además de estar completamente seguro de qué se está metiendo en el cuerpo. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

martes, 1 de septiembre de 2020

¿Por qué los ajos enteros no huelen?


Puedes almacenar cuantas cabezas de ajo quieras y no notarás su olor. Rompe un solo diente y el aire quedará impregnado del característico aroma que a algunos seduce y a otros repugna. ¿A qué se debe ese cambio?
Como sucede con las partes de que consumimos de las cebollas (Allium cepa) o de las chalotas (Allium ascalonicum) las cabezas del ajo (Allium sativum)  son, botánicamente hablando, bulbos, unos órganos de almacenamiento de carbohidratos constituidos por tallos y hojas altamente modificados que crecen un poco por debajo en la superficie del suelo.
Los bulbos aparecen en muchas plantas emparentadas con ajos y cebollas como narcisos, tulipanes o azucenas. Todas ellas son plantas bulbosas que basan su estrategia vital en acumular reservas subterráneas que les protegen de las heladas en los climas fríos, de las sequías en climas cálidos y, en cualquier circunstancia, del apetito de los herbívoros. Algunas, como los ajos o las cebollas, completan sus defensas con un arsenal de productos químicos irritantes que los herbívoros aprenden a conocer rápidamente para evitarlas.
El bulbo almacena hidratos de carbono y otros nutrientes durante la parte inactiva del año para impulsar el crecimiento de los escapos (tallos huecos y lisos sin apenas hojas) que rematarán en inflorescencias durante los períodos de crecimiento favorables. Para formar un bulbo de ajo, las hojas subterráneas se hinchan con los carbohidratos almacenados para formar la parte blanca e interna del diente, mientras que las bases de las hojas más externas se vuelven "túnicas" membranosas quebradizas como el papel vegetal.
Las plantas que producen bulbos comienzan como brotes verdes con hojas y un brote del escapo (la yema en la imagen adjunta) que se originan en un tallo basal muy corto y rechoncho en forma de disco, por lo que parece que todas salen del mismo lugar.
En las cebollas (Figura 1), desde la parte interior de las bases de las hojas hinchadas se forman continuamente nuevas hojas a partir del punto de crecimiento del tallo discoidal. La mayoría de ellas nunca brotarán y solo existirán para almacenar reservas. El bulbo crece a medida que se hinchan las bases de las hojas y se añaden capas de nuevas hojas (gajos). Estas hojas suculentas rodean el brote en desarrollo (la yema) de hojas nuevas. El brote acabará por formar un tallo florido que emergerá sobre el suelo el año siguiente.
Figura 1
Muchas especies de Allium se reproducen asexualmente produciendo pequeños bulbos que brotan del exterior del tallo discoidal a partir de meristemos axiales. En el ajo estos nuevos bulbos se denominan "dientes" y cada uno de ellos consiste en un nuevo brote en crecimiento rodeado por una sola hoja de almacenamiento grande y compacta (el "diente" propiamente dicho) envuelta dentro de una sola hoja rosada (la "piel" del ajo). Los nuevos bulbos pequeños crecen en anillo alrededor del tallo discoidal, encerrados dentro de las bases de las hojas tunicadas papiráceas y blanquecinas de la planta madre (Figura 2).
La cebolla, el ajo y otras especies de Allium son importantes por el valor culinario de sus sabores y olores, que originalmente estaban concebidos como compuestos defensivos. Son característicos de cada especie y son resultado de la transformación química de una serie de compuestos volátiles con azufre generados por la ruptura de los sulfóxidos del aminoácido cisteína. Estos sulfóxidos encerrados en las células son inertes, pero se activan gracias a una enzima, la alinasa.
Figura 3. Los sulfóxidos de cisteína y la alinasa son como un pegamento industrial en el que dos componentes inertes almacenados en tubos diferentes se vuelven pegajosos cuando se mezclan.



Figura 3. Los sulfóxidos de cisteína y la alinasa son como un pegamento industrial en el que dos componentes inertes almacenados en tubos diferentes se vuelven pegajosos cuando se mezclan.
Las enzimas actúan como detonadores o aceleradores de las reacciones químicas que ocurren en el interior de nuestras células. Para que se conviertan en la forma química de defensa final (olorosa), la alinasa tiene que transformar los sulfóxidos de cisteína en tiosulfinatos, los compuestos que finalmente otorgan a los Allium su olor para repeler a sus enemigos.
Figura 4. Dentro de las células, la alinasa se almacena por separado de los sulfóxidos de cisteína. La enzima se almacena en las vacuolas, mientras que los sulfóxidos residen en el citoplasma. 
Dentro de las células, la alinasa se almacena por separado de los sulfóxidos de cisteína; la enzima se almacena en las vacuolas, mientras que los sulfóxidos residen en el citoplasma (Figura 4). Cuando la célula se rompe por el mordisco de un herbívoro o cortada o aplastada por un cuchillo en la cocina, las vacuolas se rompen, la alinasa se libera y hace que los sulfóxidos de cisteína se conviertan en tiosulfinatos (irritantes / aromáticos / malolientes / deliciosos u odiosos según la opinión que le merezca a cada cual el olor y el sabor de los ajos) y se liberen en el tejido aplastado.
La alicina es un compuesto azufrado que posee diversas propiedades farmacológicas de interés. Se le atribuyen efectos antibióticos. Se ha demostrado actividad contra Candida albicans, algunas especies de Trichomonas, Staphylococcus aureusEscherichia coliSalmonella typhi, S. paratyphi, Shigella dysenteriae y Vibrio cholerae. Es también un agente hipoglucémico, es decir disminuye el azúcar en sangre y ha demostrado un efecto hipolipemiante, lo que quiere decir que tiene la propiedad de disminuir los niveles de lípidos en sangre, un hecho que constituye el fundamento de la investigación de la actividad antitrombótica del ajo. Tiene propiedades antioxidantes y, por tanto, como eliminadora de los dañinos radicales libres intracelulares. Es muy eficaz en la prevención de la hipertensión.

Figura 5. La aliina es el sulfóxido de cisteína dominante en el ajo. Cuando se corta o se machaca un diente de ajo, la alinasa transforma la aliina en alicina, el tiosulfato que le da al ajo crudo su característico aroma y sabor picante. 
La alicina la notamos "caliente" porque activa en la boca dos de los receptores neuronales de dolor (TRPV1 y TRPA1) que son responsables de sentir el exceso de calor térmico. El TRPV1 es también el receptor activado por la capsaicina de las guindillas (Capsicum), y TRPA1 es activado por los aceites de mostaza derivados de los glucosinolatos. Por lo demás, los tiosulfinatos pueden adherirse a los receptores del dolor de la misma manera que se adhieren a la maquinaria celular bacteriana, lo que termina inhibiendo el crecimiento bacteriano
Cuando se calientan los ajos, la alicina se descompone en varios sulfuros de dialilo. Estos compuestos sulfurosos derivados siguen siendo aromáticos (son los que se olfatean en la cocina cuando algo encebollado o ajado se asa o se guisa), pero no producen picor en la boca porque ya no pueden activar los receptores del dolor una vez que el calor los ha neutralizado.
De manera que si quiere beneficiarse de las propiedades terapéuticas del ajo ha de comerlo crudo. Con eso garantizará dos cosas: mejorará su salud y su aliento será tal que mantendrá la distancia social que tanto necesitamos en los tiempos que corren. Por otro lado, se me ocurre que comer ajos crudos también puede resultar un poderoso anticonceptivo: nadie se acercará a ti ni con un palo. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.