Las revoluciones en las ciencias biológicas pueden adoptar muchas formas. A veces surgen del uso de una herramienta novedosa o de la invención de una teoría radical que de repente abre tantas vías nuevas para la investigación que puede resultar vertiginoso. A veces toman forma lentamente, a través de la lenta acumulación de estudios, cada uno de los cuales representa años de arduo trabajo, que colectivamente socavan la sabiduría predominante y revelan un marco intelectual mejor y más sólido. Ambos tipos de revolución desencadenan avalanchas de nuevas ideas y conocimientos que mejoran nuestra comprensión de cómo funciona la vida.

El año pasado no ha habido escasez de estos. Por ejemplo, los investigadores "modelos de embriones" cultivados con éxito (embriones artificiales cultivados en laboratorio que maduran como los reales) que alcanzaron una etapa de desarrollo más avanzada que nunca. Ese logro podría eventualmente generar nuevos conocimientos valiosos sobre cómo crecen los fetos humanos, aunque también parece probable que se debata sobre el estatus ético de esos modelos. Mientras tanto, en el mundo de la neurociencia, los investigadores que estudian la depresión han seguido investigando alejarse de la teoría que generalmente ha guiado gran parte de la investigación y el tratamiento farmacéutico de esa enfermedad durante décadas.

Pero ese tipo de revolución biológica implica el ingenio humano, y los investigadores de las ciencias biológicas llegan a nuevos descubrimientos. También se producen revoluciones en la biología misma, cuando la evolución ha permitido a los organismos hacer algo sin precedentes. Los biólogos han descubierto recientemente muchos más ejemplos de este tipo de avance.

Llevar la cuenta del tiempo, por ejemplo, es una función esencial para todos los seres vivos, desde los microorganismos que esperan el momento oportuno hasta la siguiente división celular hasta los embriones que desarrollan extremidades y órganos, hasta criaturas más complejas que siguen el paso del día y la noche. Equipos de investigadores que trabajan en laboratorios de todo el mundo han descubierto recientemente que algunas características clave del cronometraje son ligado al metabolismo celular - lo que significa que el orgánulo llamado mitocondria es a la vez un generador y un reloj. Otros aspectos del cronometraje se miden mediante el Progreso de un ballet molecular. en el que proteínas especializadas hacen piruetas juntas antes de separarse nuevamente.

Los investigadores también esperan hacer pronto descubrimientos importantes ahora que pueden cultivar algunas de las células primitivas perdidas hace mucho tiempo llamadas Arqueas de Asgard. Hace mil millones de años, las arqueas de Asgard (o células muy parecidas a ellas) dieron el escandaloso paso de formar asociaciones permanentes con los ancestros de las mitocondrias, dando origen así a las primeras células complejas. Los secretos de cómo y por qué ocurrió ese avance biológico pueden estar al acecho en esos exóticos cultivos celulares. Mientras tanto, otros investigadores están examinando la Microbios de “corteza de arena” que viven en el tristemente árido desierto de Atacama de Chile en busca de pistas sobre cómo sobrevivieron las primeras células terrestres.

En 2023 se descubrieron suficientes innovaciones biológicas maravillosas como para formar un verdadero desfile: el plancton que potenciaron sus capacidades fotosintéticas reutilizando una de sus membranas, y microbios subterráneos que aprendieron a producir oxígeno en total oscuridad. Un truco inmunológico que protege a los bebés en el útero, y un truco neurológico que permite al cerebro trazar relaciones sociales como paisajes físicos. Una simple mutación que transformó a las hormigas en parásitos sociales complejos prácticamente de la noche a la mañana, y un demolición estratégica del ADN que los gusanos utilizan para salvaguardar sus genomas.

¿Cuánto hicimos una crónica de todo eso y más este año, y a medida que salgan a la luz nuevos avances en biología fundamental en los próximos años, estaremos ahí para ellos también.

De la misma manera que los científicos físicos construyen sistemas de modelos simples como trampolines para comprender fenómenos más complejos, algunos biólogos prefieren aprender cómo funciona la vida creando versiones más simples. Este año avanzaron en dos frentes: a gran escala, en la creación de “modelos de embriones”, y a pequeña escala, en el estudio de la mínima célula posible.

Los modelos de embriones, o embriones sintéticos, son productos de laboratorio de células madre que pueden inducirse a crecer fielmente durante las primeras etapas de desarrollo, aunque se autoterminan antes de recrear el proceso de desarrollo embrionario completo. Fueron concebidos como herramientas potenciales para el estudio experimental ético del desarrollo humano. Este año, grupos de investigación en Israel y el Reino Unido demostraron que podían nutrir modelos de embriones hasta llegar (y posiblemente más allá) a la etapa en la que se permite legalmente la investigación con embriones humanos vivos. Investigadores en China incluso iniciaron brevemente embarazos en monos con modelos de embriones. Esos éxitos se consideran avances importantes para una técnica que podría ayudar a los científicos a responder preguntas importantes sobre el desarrollo prenatal y, con el tiempo, podrían resultar útiles para prevenir abortos espontáneos y defectos de nacimiento. Al mismo tiempo, los experimentos reavivaron los argumentos éticos sobre esta línea de investigación, dado que a medida que los modelos de embriones avanzan en su desarrollo, también pueden comenzar a parecer intrínsecamente más merecedores de protección.

La vida sintética no siempre es éticamente polémica. Este año, los investigadores probó los límites de las células "mínimas", organismos simples derivados de bacterias que han sido reducidas a su esencia genómica. Estas células mínimas tienen las herramientas para reproducirse, pero se han eliminado todos los genes que de otro modo no serían esenciales. En una validación importante de cuán naturalmente realistas son las células mínimas, los investigadores descubrieron que este genoma mínimo fue capaz de evolucionar y adaptarse. Después de 300 días de crecimiento y selección natural en el laboratorio, las células mínimas pudieron competir con éxito contra las bacterias ancestrales de las que derivaron. Los hallazgos demostraron la solidez de las reglas de la vida: incluso después de haber sido despojadas de casi todos los recursos genéticos, las células mínimas podrían utilizar las herramientas de la selección natural para recuperarse y convertirse en formas de vida más exitosas.

La conciencia es el sentimiento de ser: la conciencia de tener un yo único, una imagen de la realidad y un lugar en el mundo. Ha sido durante mucho tiempo terreno de los filósofos, pero recientemente los científicos han logrado (en cierto modo) avances en la comprensión de su base neurobiológica.

En una entrevista en el Alegría del porqué En un podcast publicado en mayo, el investigador en neurociencia Anil Seth de la Universidad de Sussex describió la conciencia como una especie de “alucinación controlada,”en el sentido de que nuestra experiencia de la realidad emerge desde nuestro interior. Ninguno de nosotros puede saber directamente cómo es el mundo; de hecho, cada organismo (e individuo) experimenta el mundo de manera diferente. Nuestro sentido de la realidad está moldeado por la información sensorial que recibimos y la forma en que nuestro cerebro la organiza y la construye en nuestra conciencia. En ese sentido, toda nuestra experiencia es una alucinación, pero es una alucinación controlada, la mejor descripción que hace el cerebro del entorno inmediato y del mundo más amplio basándose en sus recuerdos y otra información codificada.

Nuestras mentes absorben constantemente nueva información externa y también crean sus propias imágenes y narrativas internas. ¿Cómo podemos distinguir la realidad de la fantasía? Este año, los investigadores descubrieron que el cerebro tiene una "umbral de realidad”contra el cual evalúa constantemente las señales procesadas. La mayoría de nuestras imágenes mentales tienen una señal bastante débil, por lo que nuestro umbral de realidad las envía fácilmente a la pila de "falsas". Pero a veces nuestras percepciones y nuestra imaginación pueden mezclarse, y si esas imágenes son lo suficientemente fuertes, podemos confundirnos, confundiendo potencialmente nuestras alucinaciones con la vida real.

¿Cómo surge la conciencia en la mente? ¿Se trata más de pensar o es producto de experiencias sensoriales? Este año, los resultados de un colaboración adversaria de alto perfil que enfrentaban dos grandes teorías de la conciencia entre sí. En el transcurso de cinco años, dos equipos de investigadores (uno que representa la teoría del espacio de trabajo neuronal global, que se centra en la cognición, y el otro que representa la teoría de la información integrada, que se centra en la percepción), crearon conjuntamente y luego dirigieron experimentos destinados a probar las predicciones de qué teoría. fueron más precisos. Los resultados pueden haber sido una decepción para cualquiera que esperara respuestas definitivas. En el escenario de la ciudad de Nueva York, en la 26ª reunión de la Asociación para el Estudio Científico de la Conciencia, los investigadores reconocieron las formas en que los experimentos habían desafiado ambas teorías y resaltado las diferencias entre ellas, pero se negaron a declarar ganadora a cualquiera de ellas. Sin embargo, la velada no fue del todo insatisfactoria: el neurocientífico Christof Koch del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro aceptó una apuesta de hace 25 años con el filósofo David Chalmers de la Universidad de Nueva York de que los correlatos neuronales de la conciencia ya estarían identificados. .

A menudo se da por sentado que la depresión es causada por un desequilibrio químico en el cerebro: específicamente, una deficiencia crónica de serotonina, un neurotransmisor que transporta mensajes entre las células nerviosas. Sin embargo, aunque millones de personas deprimidas en todo el mundo obtienen alivio tomando Prozac y otros medicamentos conocidos como inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS), basándose en esa teoría, décadas de investigación neuropsiquiátrica no han logrado validar los supuestos de ese modelo. El zumbido de la disidencia científica se ha hecho más fuerte: un equipo internacional de científicos examinó más de 350 artículos y no encontró pruebas convincentes que los niveles más bajos de serotonina están asociados con la depresión.

La comprensión de que la deficiencia de serotonina puede no ser la causa está obligando a los investigadores a repensar fundamentalmente qué es la depresión. Es posible que los ISRS alivien algunos síntomas de la depresión al alterar otras sustancias químicas o procesos en el cerebro que son causas más directas de la depresión. También es posible que lo que llamamos "depresión" abarque una variedad de trastornos que se manifiestan con un conjunto similar de síntomas, que incluyen fatiga, apatía, cambios en el apetito, pensamientos suicidas y problemas para dormir. Si ese es el caso, se necesitará una investigación adicional significativa para desentrañar esta complejidad: diferenciar los tipos y causas de la depresión y desarrollar mejores tratamientos.

La depresión puede ser una experiencia aislante. Pero es distinta de la soledad, una condición emocional que los neurocientíficos han definido mejor en los últimos años. La soledad no es lo mismo que el aislamiento social, que es una medida objetiva del número de relaciones que tiene una persona: alguien puede tener muchas relaciones y aun así sentirse solo. Tampoco es ansiedad social, que es un miedo a las relaciones o a determinadas experiencias relacionales.

En cambio, un creciente cuerpo de investigación neurobiológica sugiere que La soledad es un sesgo en la mente. hacia la interpretación de la información social de una manera negativa y autocastigadora. Es como si una señal de supervivencia que evolucionó para instarnos a reconectarnos con las personas de las que dependemos hubiera sufrido un cortocircuito, creando un ciclo de sentimiento de aislamiento que se perpetúa a sí mismo. Los científicos aún no han encontrado un tratamiento médico para la soledad, pero tal vez simplemente comprender ese bucle negativo pueda ayudar a las personas crónicamente solitarias a escapar del ciclo y encontrar consuelo en sus conexiones existentes o en otras nuevas.

¿De dónde venimos y cómo llegamos hasta aquí? Esas preguntas eternas podrían responderse de muchas maneras y han llevado a numerosos biólogos a buscar los orígenes de los eucariotas, el linaje de vida de 2 mil millones de años de antigüedad que incluye todos los animales, plantas y hongos, y muchos unicelulares. criaturas más complejas que las bacterias.

La búsqueda del primer eucariota lleva a los investigadores a extraer minuciosamente microbios raros del lodo del fondo marino. Recientemente, después de seis años de trabajo, un laboratorio europeo se convirtió en el segundo en lograr con éxito cultivar una de las arqueas de Asgard- un grupo de organismos unicelulares primitivos que tienen genomas con similitudes sorprendentes con los de los eucariotas, y que se cree que son ancestrales de ellos. Los científicos esperan que el estudio directo de las células en el laboratorio revele nueva información sobre cómo evolucionaron los eucariotas y nos acerque más a la comprensión de nuestros orígenes.

El viaje evolutivo de ese primer eucariota está envuelto en un velo de misterio. Este año, los científicos encontraron una manera de llenar un vacío de 800 millones de años en el registro fósil molecular entre la aparición del primer eucariota y la del ancestro más reciente de todos los eucariotas vivos en la actualidad. Anteriormente, cuando buscaban información sobre los eucariotas que vivieron en el espacio en blanco hace aproximadamente 800 millones a 1.6 millones de años, los científicos no pudieron encontrar los fósiles moleculares que esperaban. Pero cuando un equipo australiano modificó su filtro de búsqueda para buscar versiones fosilizadas de moléculas más primitivas, las encontró en abundancia. Los hallazgos revelaron lo que los autores llaman “un mundo perdido” de eucariotas que ayuda a contar la historia evolutiva temprana de nuestros ancestros antiguos.

Las investigaciones realizadas durante la última década han caracterizado mejor el microbioma (el conjunto de microorganismos que viven en nuestros intestinos y en otras partes de nuestro cuerpo) y las formas sutiles en que influye en nuestra salud. Este año, los científicos revelaron con el mayor detalle de dónde provienen nuestros microbiomas y cómo evolucionan a lo largo de nuestras vidas.

Como era de esperar, las primeras semillas de nuestro microbioma generalmente provienen de la madre y se transmiten durante el parto y también durante la lactancia. Una investigación publicada este año encontró que las contribuciones de una madre no son solo organismos microbianos completos, sino también pequeños fragmentos de ADN llamados elementos genéticos móviles. Durante el primer año de vida, estos elementos genéticos móviles saltan de las bacterias de la madre a las del bebé mediante un proceso llamado transferencia genética horizontal. El descubrimiento sorprendió a los investigadores, que no esperaban que el alto grado de coevolución entre el microbioma de la madre y el del bebé se prolongara tanto tiempo después del nacimiento.

Ese no es el final de la historia: el microbioma evoluciona a lo largo de nuestras vidas. El análisis más grande hasta el momento sobre la transmisión del microbioma humano, también publicado este año, reveló cómo Los microbiomas se mezclan y se vuelven a ensamblar. durante muchas décadas. Proporcionó evidencia clara de que los organismos microbiomas se propagan entre las personas, especialmente aquellas con quienes pasamos la mayor parte del tiempo, como familiares, parejas y compañeros de cuarto. Y el estudio planteó la intrigante posibilidad de que algunas enfermedades consideradas no transmisibles podrían en realidad ser transmisibles, a veces de manera sutil, a través de la flora intestinal.

Eones antes de la invención de los relojes de sol y los relojes atómicos, los organismos desarrollaron herramientas biológicas para mantener el tiempo. Necesitan relojes circadianos internos que puedan mantener sus procesos metabólicos sincronizados con el ciclo del día y la noche, y también relojes similares a calendarios para mantener sus procesos de desarrollo en marcha. Este año, los investigadores lograron importantes avances en la comprensión de ambos.

Una avalancha de investigaciones en los últimos años, posible gracias a nuevas tecnologías de células madre, ha ofreció nuevas explicaciones para lo que se conoce como ritmo de desarrollo. Todos los vertebrados comienzan su vida como un simple embrión, pero la velocidad a la que se desarrolla un embrión y el momento en que maduran sus tejidos varían dramáticamente entre especies y determinan su forma final. ¿Qué controla el tictac del reloj del desarrollo? Este año, una serie de cuidadosos experimentos en laboratorios de todo el mundo, centrados en diferentes especies y sistemas, apuntaron a una explicación común: que los procesos metabólicos fundamentales, incluidas las reacciones bioquímicas y la expresión genética que las sustenta, marcan el ritmo. Esos procesos metabólicos parecen estar organizados fundamentalmente por las mitocondrias, que muy bien pueden desempeñar una doble función como cronometrador y fuente de energía de la célula compleja.

Si bien esos investigadores estaban dispersos por todo el mundo, se han realizado trabajos novedosos sobre el reloj circadiano en el laboratorio de un solo científico: la bioquímica Carrie Partch de la Universidad de California, Santa Cruz. Partch está impulsado por una obsesión única no sólo por los pasos básicos del reloj, sino también por la danza intrincada que las proteínas de reloj funcionan a medida que se construyen y cuando interactúan y se degradan. Como cualquier relojero, no se contenta con saber qué son los engranajes y las ruedas dentadas: también necesita entender cómo encajan entre sí. Al prestar tanta atención a un solo sistema a lo largo de su carrera, ha hecho descubrimientos sobre la danza de las proteínas del reloj que representan verdades más amplias, por ejemplo, que las proteínas no estructuradas o incluso desordenadas son fundamentales para los procesos biológicos.

Una señal del progreso de la neurociencia es que se vuelve cada vez más precisa. Utilizando nuevas herramientas que están más firmemente basadas en ciencia sólida, los científicos ahora pueden centrar su atención en definir las peculiaridades de las células cerebrales individuales. este año ellos Localizado el mapa social. de murciélagos, que resultó estar superpuesto en el mapa de los murciélagos de su entorno físico: exactamente las mismas células cerebrales en el hipocampo codifican múltiples tipos de información ambiental. Otros investigadores parecen haber resuelto un debate de 30 años sobre si algunas de las células gliales del cerebro (históricamente consideradas poco más que un acolchado para las neuronas más prestigiosas) pueden estimular señales eléctricas. Un equipo de neurocientíficos e investigadores clínicos, ayudados por pacientes con epilepsia a quienes se les implantaron electrodos para mejorar su atención médica, descubrieron que el cerebro tiene diferentes sistemas para representar números grandes y pequeños. Y por primera vez, los investigadores visualizaron en tres dimensiones cómo un receptor olfativo se aferra a una molécula de olor – un paso importante para comprender cómo la nariz y el cerebro pueden interceptar sustancias químicas en el aire y obtener información sensorial crucial sobre el medio ambiente.