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viernes, 31 de diciembre de 2010

El Universo, Astrobiología (4)




¿Existe vida en otros planetas? La astrobiología es una nueva ciencia especulativa que busca vida en el espacio mediante la combinación de las disciplinas científicas de la astronomía, la biología y la geología. ¿Cómo evolucionó la vida en la Tierra? ¿Cómo será la vida en otros planetas? Un diverso grupo de científicos dará respuesta a éstas y otras preguntas relevantes. Los espectadores visitarán la región de Pilbara en el oeste de Australia, donde se han descubierto las pruebas más antiguas de la vida sobre la Tierra. También viajarán a las lunas de Júpiter y Saturno para poner a prueba la teoría de que podría existir vida en las nubes de Venus. Finalmente, observarán cómo se realizan los experimentos para ver si existe vida en los exo-planetas o planetas extrasolares, planetas similares a la Tierra que se encuentran más allá de nuestro Sistema Solar.

De los planetas a las estrellas y al borde de lo desconocido, la historia y la ciencia chocan en esta épica exploración del Universo y sus misterios. Es un universo muy antiguo. Sin embargo, a tan sólo 50 años desde que el primer hombre se aventurara en el espacio ultraterrestre, los cielos están dando sus mayores secretos. Telescopios espaciales que capturan violentas imágenes del nacimiento de estrellas y su caída en agujeros negros. Todos han cambiado de manera significativa la manera en que nos vemos a nosotros mismos. Uso de vanguardia en gráficos por ordenador, esta serie lleva el universo a la tierra para mostrar cómo sería la vida en otros planetas, y de imaginar qué tipo de formas de vida podría evolucionar en atmósferas exóticas. Estos episodios examinan los descubrimientos que fueron realizados y que científicos y exploradores que se atrevieron a aventurarse en el territorio inexplorado del universo.

Serie documental emitida por History Channel.

Andalucía lidera el pacto de los alcaldes y alcaldesas de Europa frente al Cambio Climático


















Andalucía lidera el mayor compromiso europeo desde lo local frente al cambio climático. El 25% de los alcaldes y alcaldesas de Europa adheridos al PACTO DE LOS ALCALDES son alcaldes y alcaldesas de Andalucía, casi 500 municipios andaluces se han adherido ya a esta iniciativa.

El 20 de diciembre de 2010 se firmaron en Córdoba los primeros 42 Planes de Acción para la Energía Sostenible a los que compromete la adhesión al PACTO DE LOS ALCALDES. El acto fue presidido por el Consejero de Medio Ambiente, José Juan Díaz Trillo y asistieron representantes de los 42 municipios andaluces, además de las 8 diputaciones, el Director General de Cambio Climático y Medio Ambiente Urbano, José Fiscal, y otras autoridades.

Es iluisionante ver a la administración más cercana a la ciudadanía dar pasos frente al cambio climático. No podemos olvidar que nadie está haciendo lo suficiente, lo suficientemente rápido, pero ya nos gustaría que en Cancún se hubiesen sellado compromisos como a los que obliga el PACTO DE LOS ALCALDES. De hecho, habrá que trabajar duro, ya que los municipios que no cumplan los objetivos serán dados de baja. Esperemos que sean los menos y ojalá no cause baja ninguno y cumplan todos, nos va mucho en juego que desde lo local se haga lo que ha de hacerse frente al cambio climático.

Fuente: Verde por el Clima.

Brooklyn Botanic Garden in Winter



Brooklyn, NY—Autumn has arrived in New York City, ushering in blustery winds, crisp skies, and shortened days. While cooler temperatures send many New Yorkers running for cover, Brooklyn Botanic Garden (BBG) celebrates fall’s advance with FREE weekday admission and seasonal guided tours.

Exposure to sunlight, even on cloudy days, sustains energy, alertness, and contentment, all of which tend to wane in the winter months. BBG invites visitors to Chase Away the Winter Blues with outdoor monthly Garden tours, led by licensed psychotherapist and veteran BBG tour guide, Lynne Spevack. Enveloped by the Garden’s festive fall colors, visitors will learn how and why organisms respond to the changing seasons, and how to keep the blues at bay through the frosty days ahead. As fall turns to winter, and rain turns to snow and sleet, BBG will remain a cheery retreat until spring blooms again!

WHAT: Chase Away the Winter Blues: A seasonal guided tour with Lynne Spevack
WHEN: The first Sunday of the month at 1 p.m. | November 2010 – March 2011
WHERE: Visitor Center at Brooklyn Botanic Garden, 1000 Washington Avenue, Brooklyn

WINTER HOURS: November 9, 2010–March 15, 2011
Tuesday–Friday: 8 a.m. to 4:30 p.m.
Saturday and Sunday: 10 a.m. to 4:30 p.m.
Closed Mondays (open Martin Luther King Jr. Day and President’s Day, 10 a.m. to 4:30 p.m.)
Closed Thanksgiving, Christmas, and New Year’s Day


Founded in 1910, Brooklyn Botanic Garden (BBG) is an independent nonprofit institution committed to education, research, and the display of horticulture. Situated on 52 acres in the heart of Brooklyn, the Garden is home to over 12,000 kinds of plants and hosts more than 725,000 visitors annually. Learn more at bbg.org.

Brooklyn Botanic Garden is open from 8 a.m. to 4:30 p.m. Tuesday through Friday, and from 10 a.m. to 4:30 p.m. on Saturday and Sunday. The Garden is closed on Mondays except public holidays. The Garden is closed on Thanksgiving, Christmas, and New Year’s Day. Admission is $8 for adults and $4 for senior citizens (65 and older) and students with ID. Children under 12, all school groups, and Garden members are admitted free at all times. From November 9 to March 11, the Garden is free to the public on weekdays and until noon on Saturdays. For directions, please visit bbg.org/visit/directions.

Fuente: Brooklyn Botanic Garden

jueves, 30 de diciembre de 2010

Johan Rockstrom: Dejemos que el ambiente guíe nuestro desarrollo






El crecimiento humano ha puesto a prueba los recursos de la Tierra, pero como Johan Rockstrom nos recuerda, nuestros avances también nos proporcionan la ciencia para reconocer esto y cambiar el comportamiento. Sus investigaciones han hallado nueve "límites planetarios" que nos pueden guiar en la protección de los muchos ecosistemas que se superponen en nuestro planeta.

Fuente: TED, Ideas Worth Spreading.

El Cerebro no busca la verdad sino sobrevivir (Redes 78)






Vanidoso y ególatra, nuestro cerebro trata de convencerse siempre de la opción más cómoda, de la que concuerda mejor con su propia realidad. Por eso memoria e inconsciente se encargan de ajustar lo que no encaja, de cambiar lo que no gusta, de eliminar lo que duele y de ensalzar lo que agrada.
De esos mismos mecanismos surge en los humanos la habilidad para caer fácilmente en estereotipos y prejuicios que, llevados al extremo, pueden conducir a tensiones y conflictos.
El próximo domingo en Redes, de la mano de la psicóloga Cordelia Fine conoceremos las artimañas que utiliza el cerebro humano para construirse un mundo más agradable y benévolo. Veremos además lo mal que lleva la fuerza de voluntad y hasta dónde le pueden llevar los miedos y prejuicios.

Fuente: Redes para la Ciencia.

Las familias eligen el Museo Nacional de Ciencias Naturales para disfrutar de la Navidad








Con 1900 visitas el Museo Nacional de Ciencias Naturales acogió ayer a centenares de familias. Esto supone hasta seis veces más que en otros días que no son fin de semana.

La cola para adquirir una entrada daba la vuelta al edificio y por todas las salas del MNCN se respiraba un enorme bullicio propio de la multitud. Los talleres que se desarrollan en navidad contaron con una altísima participación y muchos fueron los pequeños que disfrutaron de las actividades educativas.

Padres con hijos, abuelos disfrutando de sus nietos, adolescentes... Las familias han elegido nuestro Museo para disfrutar de las vacaciones de una forma original, educativa y lúdica.

Los rostros de asombro de los más pequeños son la mejor prueba del enorme esfuerzo que se ha realizado en el MNCN a lo largo de 2010. La sala que acoge la exposición de Biodiversidad Total estaba abarrotada y la escena se repitió a lo largo de todo el edificio de Geología, que abrió sus puertas al público el pasado 14 de diciembre con la muestra Minerales, Fósiles y Evolución Humana. Los dinosaurios, cómo no podía ser de otra forma, despertaron la mayor curiosidad y llamaron la atención de mayores y pequeños.

Por su parte la exposición Hace 100 años el Museo estrenó sede también contó con el interés de los visitantes que quedaron muy sorprendidos con el resultado final y con el gran valor histórico de la muestra.

Esta gran afluencia de público pone de manifiesto que el MNCN es el mejor plan para disfrutar en compañía de la familia.

Fuente: Museo Nacional de Ciencias Naturales (Madrid).

El Universo, Astrobiología (3).



¿Existe vida en otros planetas? La astrobiología es una nueva ciencia especulativa que busca vida en el espacio mediante la combinación de las disciplinas científicas de la astronomía, la biología y la geología. ¿Cómo evolucionó la vida en la Tierra? ¿Cómo será la vida en otros planetas? Un diverso grupo de científicos dará respuesta a éstas y otras preguntas relevantes. Los espectadores visitarán la región de Pilbara en el oeste de Australia, donde se han descubierto las pruebas más antiguas de la vida sobre la Tierra. También viajarán a las lunas de Júpiter y Saturno para poner a prueba la teoría de que podría existir vida en las nubes de Venus. Finalmente, observarán cómo se realizan los experimentos para ver si existe vida en los exo-planetas o planetas extrasolares, planetas similares a la Tierra que se encuentran más allá de nuestro Sistema Solar.

De los planetas a las estrellas y al borde de lo desconocido, la historia y la ciencia chocan en esta épica exploración del Universo y sus misterios. Es un universo muy antiguo. Sin embargo, a tan sólo 50 años desde que el primer hombre se aventurara en el espacio ultraterrestre, los cielos están dando sus mayores secretos. Telescopios espaciales que capturan violentas imágenes del nacimiento de estrellas y su caída en agujeros negros. Todos han cambiado de manera significativa la manera en que nos vemos a nosotros mismos. Uso de vanguardia en gráficos por ordenador, esta serie lleva el universo a la tierra para mostrar cómo sería la vida en otros planetas, y de imaginar qué tipo de formas de vida podría evolucionar en atmósferas exóticas. Estos episodios examinan los descubrimientos que fueron realizados y que científicos y exploradores que se atrevieron a aventurarse en el territorio inexplorado del universo.

Serie documental emitida por History Channel.

El primo del neandertal



El estudio genético descubre al pariente asiático de los pobladores europeos de hace 40.000 años- El ADN aclara el panorama de la evolución.

Texto: Alicia Rivera.

Hace unos 40.000 años, y desde mucho antes, vivía en el continente europeo una especie humana que, aunque extinguida, se conoce razonablemente bien por la abundancia de fósiles recuperados en múltiples yacimientos, incluidos algunos muy notables en España. Eran los neandertales, gente robusta y con una cultura propia manifestada en sus herramientas y en los vestigios de sus vidas. Pero, si eran tan específicamente europeos como el registro fósil indica, ¿quién vivía entonces en Asia? La respuesta, que se ocultaba en una nube de restos fósiles varios y debates científicos poco concluyentes, ha llegado ahora no de la mano de huesos desenterrados en algún rico yacimiento, sino directamente del ADN. Los análisis genéticos avanzados de un pequeño hueso de una mano femenina hallado en una cueva del sur de Siberia muestran que pertenece a un hasta ahora desconocido pariente asiático de los neandertales. Además, unos pocos de sus genes están presentes hoy en las poblaciones de Melanesia.

"Si, los primos asiáticos, es una buena manera de presentarlos", dice Svante Pääbo, científico que ha liderado el descubrimiento. Estos individuos de Siberia, del yacimiento de Denisova, "comparten un origen antiguo con los neandertales, pero tiene su propia historia independiente", añade.

Con el hallazgo, desvelando el secreto de los genes, se aclara el panorama de la evolución humana en el tramo justo anterior a nuestra especie, a la vez que se abren nuevos interrogantes sobre cruces, contactos y herencias de los humanos prehistóricos. En Europa estaban los neandertales hasta hace casi 30.000 años; en Asia, los denisovanos (y tal vez otros), y en África señoreaba ya la especie humana actual, que acabó ocupando todo el planeta y que incorporó pocos genes neandertales. Por cierto, nadie llegó a América hasta varios miles de años más tarde.

"Como demuestra este trabajo, los estudios de la variación genética humana se ensanchan más allá del ámbito médico", comentan los expertos Carlos D. Bustamante y Brenna M. Henn (Universidad de Stanford) en Nature. "El estudio de los diversos genomas humanos, tanto antiguos como actuales", añaden "es la herramienta más poderosa disponible para comprender nuestros orígenes comunes y nuestra historia".

Desde hace un siglo, la paleoantropología ha avanzado a golpe de buscar y rebuscar huesos fósiles que dieran una idea de cómo eran los seres del pasado: los primeros homínidos de hace unos cinco millones de años, las especies africanas más evolucionadas pero aún con muchos rasgos simiescos y los primeros seres del género Homo de hace unos dos millones de años (hasta aquí siempre en África). Poco después, los primeros emigrantes del continente ancestral se aventuraron hacia Eurasia. Pero aún faltaban oleadas posteriores de poblaciones, cruces y procesos evolutivos hasta llegar a los remotos hombres de Atapuerca, de más de un millón de años (los más antiguos) y de hace 500.000, los preneandertales, muy bien documentados, de la Sima de los Huesos de ese yacimiento burgalés.

Pääbo y los científicos que colaboran con él han dado un rigor revolucionario en esa ciencia con su capacidad de aislar material genético de los fósiles, analizarlo y compararlo. "Este trabajo de Denisova es uno de los primeros ejemplos de cómo la genética toma la avanzadilla a la paleontología más clásica, al ser capaz de identificar a unos seres desconocidos analizando su genoma", comenta Tomás Marqués-Bonet, investigador del Instituto de Biología Evolutiva (UPF-CSIC) y uno de los autores del artículo.

En 2008, se encontró en la cueva de Denisova una falange y un molar que se dataron entre hace 30.000 y 50.000 años. No se han anunciado más huesos humanos por el momento. Pero Pääbo domina la herramienta genética para buscar y analizar ADN antiguo. "En el molar no se ha podido recuperar material genético de suficiente calidad, pero en la falange sí", explica Marqués. "Y es muy difícil lograrlo, porque, normalmente, los fósiles tienen tantos microbios que, si no tienes mucho cuidado, acabas secuenciando el genoma de los microbios y no el del hueso". Además, está la cuestión de la contaminación con ADN actual, pero esto no es problema para estos científicos con fama de cuidadosos, que alcanzaron un hito con la publicación este año del genoma del neandertal.

¿Cómo llamar a aquellas poblaciones del sur de Siberia? Los científicos se refieren al grupo de Denisova, y pasan de puntillas sobre la cuestión de la especie. "Darle un nombre latino requeriría decidir si nos referimos a ella como especie o como subespecie", explica Pääbo a EL PAÍS por correo electrónico. "Dado que no hay definiciones claras, esto siempre deriva en debates académicos estériles que no pueden resolverse", añade. "Por ejemplo, aunque sabemos mucho más de los neandertales que de cualquier otra forma fósil humana, los científicos aún no se ponen de acuerdo sobre si es una especie o una subespecie, así que mejor los llamamos con sus nombres comunes: denisovanos, neandertales y humanos modernos. Todo el mundo comprende de qué estamos hablando".

Seguramente es una sabia decisión del experto sueco -que trabaja en Alemania, en el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva- para provocar más ruido en una ciencia, la paleontología, que hasta ahora ha definido las especies por los fósiles, y cuantos más mejor. No hay en este caso por ahora más que una falange y un molar. "Pero el profesor Anatoli Derevianko [de la Academia Rusa de Ciencias] y sus colegas siguen excavando en Denisova y esperamos encontrar más material".

El dedo y el molar de Denisova no son nuevos en la ciencia. Hace unos meses el mismo Pääbo y su equipo dieron a conocer el análisis genético de la mitocondria. "Pero ese genoma es limitado", dice Marqués-Bonet. "Ahora, con el genoma del núcleo tenemos muchísima más información y, de hecho, las conclusiones han variado porque con el mitocondrial los denisovanos no parecían tan parientes cercanos de los neandertales".

Es curioso que nadie sabe cómo serían aquellos primos asiáticos de los neandertales, qué aspecto tendrían, ni siquiera la denisovana del dedo y el molar, porque se sabe que los dos fósiles pertenecen a una hembra, qué aspecto tendría... Pero con los genes se desvela su historia evolutiva. "Denisova comparte más genes con los neanderales que con los humanos actuales", explica Marqués-Bonet, aunque entre ambas especies extinguidas hay notable diferencia genética, añade. Otro resultado notable de la investigación es que los habitantes actuales de Melanesia -región de Oceanía que incluye la isla de Nueva Guinea-comparten entre un 4% y un 6% del material genético de los de Denisova extinguidos, mientras que no se aprecia aportación de genes de estos últimos al resto de las poblaciones asiáticas actuales. Esto sugiere que hubo algún tipo de mestizaje de los primos de los neandertales con los antepasados de los melanesios. De cualquier forma, unos y otros, los neandertales y sus parientes asiáticos, se extinguieron y nuestra especie acabó instalándose en todo el planeta.

Desde hace décadas, "se ha debatido acerca de si nuestra especie surgió solo una vez y se difundió por todo el mundo, reemplazando a todas las especies de Homo existentes, o si nuestros ancestros se cruzaron con las otras especies y subespecies", comentan Bustamante y Henn, en Nature. "Hasta ahora, los datos genéticos y la interpretación de los fósiles, parecían favorecer el modelo de la completa sustitución, en el que todos los genes de toda la especie humana se remontan a un origen único en una o más poblaciones africanas, de tamaño moderado, de hace unos 200.000 años. Sin embargo, la secuencia del genoma nuclear de Denisova, junto con la del neandertal, sugiere que esa historia denominada Salida de África del Homo sapiens problemente estuvo más entrecruzada en algunas regiones que en otras". La conclusión de Bustamante y Henn es que se produjo efectivamente una sustitución de las poblaciones previas por parte de nuestra especie, pero hubo, además, un limitado flujo genético entre ellas.

Fuente: El País

Malaspina, tras la pista del carbono




Texto: Antonio Delgado y Carlos M. Duarte

Hace unos 4.500 millones de años, la atmósfera terrestre se parecía a la de Venus, desprovista de oxígeno y con una elevadísima concentración de CO2, entre un 20% y un 40%, en torno a 1.000 veces superior a la actual, que causaba un fuerte efecto invernadero resultante en temperaturas cercanas a los 100 grados centígrados. Estas condiciones permitieron, a pesar de un Sol menos luminoso, la acumulación de agua líquida ya hace unos 3.800 millones de años y, con ella, la aparición del océano. El siguiente paso crucial fue la aparición de la vida en el océano -por procesos que son aún motivo de especulación- basada en la fotosíntesis que modificó radicalmente las condiciones de la atmósfera, generando oxígeno y eliminando CO2 de la atmósfera, atrapado en rocas carbonatas y compuestos orgánicos acumulados en los sedimentos del fondo de los océanos.

El papel del océano como sumidero del carbono es un proceso fundamental en la regulación de la composición de la atmósfera que sigue jugando un papel fundamental en la regulación climática. La atmósfera y la biomasa terrestre contienen unos 600 y 2.100 gigatoneladas de carbono mientras que las aguas del océano contienen unas 39.000 gigatoneladas, lo que da idea del papel dominante del océano en el ciclo de carbono actual.

Sin embargo, una nueva innovación en la historia de la Tierra, el desarrollo tecnológico del homo sapiens y la movilización en tan solo unas pocas décadas de parte del carbono que la fotosíntesis había retirado de la atmósfera durante millones de años, ha vuelto a romper el equilibrio del ciclo de carbono en el planeta. De nuevo, la clave para entender la respuesta del sistema Tierra a esta perturbación se encuentra en el océano y la Expedición Malaspina 2010 contribuirá a evaluarla.

En nuestro periplo de circunnavegación global, la expedición está reevaluando los cambios en los inventarios de carbono orgánico y disuelto en el océano, cuantificando sus intercambios con la atmósfera y la actividad biológica que los sustenta. La aportación innovadora de Malaspina 2010 a este problema reside en la dimensión planetaria de la investigación y en la evaluación no solo de las cantidades brutas sino también de las fuentes y el destino del carbono en el océano.

El carbono, como muchos otros elementos, existe en varias formas atómicas de distinta masa (peso atómico 12, 13 y 14), llamados isótopos. Las cantidades relativas de estos isótopos en distintos compuestos de carbono permite evaluar su origen. Así la fotosíntesis que tiene lugar en el océano, que supone cerca de dos terceras partes de la fotosíntesis planetaria, genera carbono más pesado que el carbono orgánico, que transformado por proceso de descomposición, quemamos para generar energía (petróleo y gas). Además el carbono 14 es inestable y su proporción en la materia orgánica nos permite calcular su antigüedad. De esta forma, la evaluación de las cantidades relativas de átomos de carbono con masas atómicas 12, 13 y 14, nos permite dilucidar el origen (antropogénico, vegetación terrestre o fotosíntesis marina) del carbono orgánico e inorgánico del océano.

Los análisis de isótopos de carbono son tediosos, caros y requieren de instrumentación -espectrómetros de masas- pesados y delicados que no pueden portarse a bordo de buques oceanográficos que presentan movimientos (¡y qué movimientos los que hemos tenido en los primeros cinco días a bordo del Hespérides!) que perturban a sus sensibles sistemas de detección. Sin embargo, a bordo de este buque oceanográfico portamos dos instrumentos basados en tecnología láser diseñados recientemente que permiten evaluar la composición isotópica del carbono y del oxígeno e hidrógeno del vapor de agua atmosférico. Curiosamente estos equipos se diseñaron originalmente para ir montados en los vehículos que en las misiones Mars Pathfinder y Phoenix exploraron la superficie de Marte. Llama la atención y resulta muy revelador del grado de desinterés por el océano el que se diseñen equipos para la investigación extraterrestre que jamás se han utilizado para investigar nuestro propio planeta.

Posiblemente la Expedición Malaspina 2010 sea pionera en portar estos instrumentos en un buque oceanográfico a nivel mundial y, por tanto, en emprender una evaluación global de estos isótopos en el océano. Estos equipos están conectados a una línea de agua de superficie y atmósfera que circulan por los instrumentos permitiendo la medida de estas propiedades cada medio minuto, lo que supone un nivel de detalle en la distribución de carbono y sus distintos isótopos sin precedente hasta la fecha.

En la semana que llevamos navegando desde la salida de Cádiz hasta alcanzar los 18º Norte hemos ya tomado más de 20.000 medidas de composición isotópica de CO2 en el agua de mar y la atmósfera. Los resultados, aún por analizar en detalle y en relación con todas las demás propiedades que vamos registrando, muestran una fuerte variabilidad en la cantidad de CO2 y su composición isotópica. Esto nos permitirá evaluar el destino del carbono antropogénico y el papel del océano como sumidero, con la potencia de los más de medio millón de medidas que esperamos recoger cuando hayamos completado los siete meses de navegación previstos.

Antonio Delgado y Carlos M. Duarte son investigadores del CSIC en, respectivamente, el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra del CSIC y la Universidad de Granada y el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados, del CSIC y la Universidad de les Illes Balears.

Fuente: El País

viernes, 24 de diciembre de 2010

Scientists find gene linked to congenital heart defect























by Kitta MacPherson

A gene that can cause congenital heart defects has been identified by a team of scientists, including a group from Princeton University. The discovery could lead to new treatments for those affected by the conditions brought on by the birth defect.

Princeton researchers focused on identifying and studying the gene in zebrafish embryos, and the team's work expanded to include collaborations with other groups studying the genetics of mice and people.

"This work really showcases the use of collaborative science and multiple model systems to better understand human disease," said Rebecca Burdine, an assistant professor of molecular biology at Princeton who led her team.

The newly discovered gene, called CCDC40 (for "coiled coil domain containing protein 40"), controls right-to-left patterning as tissues develop, a critical factor in the configuration and effectiveness of organs. Scientists found the gene by zeroing in on zebrafish and mice in which the placement, and sometimes the internal structure, of organs is disrupted or reversed. While these so-called "left-right patterning" defects occur very rarely in zebrafish and mice, they occur at high frequency in the animals with mutated CCDC40 genes. Their study will be published online in Nature Genetics on Dec. 5. A separate paper by another group identifying a sister gene, CCDC39, based on studies of genes in sheepdogs, appears in the same edition of the science journal.


Loss of the gene that produces the protein CCDC40 in zebrafish (identified here as the locke mutant) or mice (links mutant) leads to defects in the asymmetric placement of organs in the body. The organ placement of normal zebrafish and mice are seen in the upper left and right panels. In zebrafish embryos, the heart (dark region in upper left panel) is labeled showing the atrium (A) and the ventricle (V). Similarly, the view in the upper right shows the heart (RV, right ventricle) and other organs, stomach (S) and right and left lungs (RL and LL) in the proper places. The bottom left and right panels illustrate asymmetric placement of organs in zebrafish and mice embryos caused by the mutant gene. (Image courtesy of Rebecca Burdine and Irene Zohn)
"We used the strengths of different model organisms to gain an understanding of how a novel protein, produced by this new gene, functions," said Irene Zohn, who led a research group studying mice genetics at the Children's National Medical Center in Washington, D.C., and is one of the first authors on the CCDC40 study with Burdine's group. A third group, led by physician Heymut Omran and based at University Hospital in Freiburg, Germany, rounded out the team, with other individual participants located elsewhere. "These findings would not have been possible without the collaborations between the three groups," Zohn added.

The collaboration started several years ago when Zohn contacted Burdine, a renowned expert in the study of left-right patterning in animals. Developmental biologists such as Burdine investigate what factors contribute to patterns in vertebrates relating to symmetry and leading to where organs are placed in the spatial configuration of the body. In humans and many animals, for example, the heart is usually situated on the left side with the liver at its lower right. Flaws in left-right patterning can lead to congenital heart defects in humans.

It is estimated that one in 10,000 people have a condition known as situs inversus, when the left-to-right patterning in the body is switched. In most cases, there are no adverse consequences of this condition, but problems arise when perturbations in the patterning signals produce reversals within organs, including heart structures such as the aorta and pulmonary artery. In rare circumstances, the heart can be located on one side without any supporting structures around it such as arteries and veins. That condition can be fatal.

Zohn and her research team had found a gene in mice that, when mutated, appeared to lead to disruptions in left-right patterning causing heart defects. She asked Burdine if she could locate a similar gene in zebrafish. When Burdine studied the mouse gene found by Zohn's team and its location in the spool of genetic matter known as the genome, Burdine realized that her team knew of a gene mutation in zebrafish that was in the same general area of the zebrafish genome. Upon further study, however, Burdine and her team found that the mouse and zebrafish genes were not only in the same general area of their relative genomes -- they were the same gene.

At that point, the teams tracked where the genes were expressed in mice and fish to better understand their function. The groups found that the genes were specifically turned on in cells that produce motile cilia, important hair-like fibers that project from the surface of cells.

Burdine reasoned that zebrafish embryos with the mutated version of the gene also should possess some sort of defect in the cilia themselves. However, views of the cilia in zebrafish embryos through normal lab microscopes showed nothing beyond the ordinary.

For a closer look, Burdine employed a special transmission electron microscope. She examined the microscopic cilia in the zebrafish with the mutation in CCDC40 and compared those images with zebrafish with the normal gene. The cilia in the zebrafish with the mutations "were disrupted in their structure in a way I had never seen before," Burdine said.

She sent the images to Omran, who was treating people with a disorder known as primary ciliary dyskinesia or PCD. These patients suffer from a defect in the action of the cilia lining the respiratory tract. Normally, cilia beat rhythmically, moving mucus toward the throat. If cilia are impaired, however, they cannot reduce or remove mucus from the lungs, leaving people with the disorder susceptible to chronic recurrent respiratory infections, including bronchitis and pneumonia. Since motile cilia also are required for proper left-right patterning, these patients also often have defects in organ positioning.

Of the 26 patients with similar cilia structural defects tested by Omran, some 17 were found to have mutated versions of the gene CCDC40. In addition to the respiratory ciliary disorder, the patients also suffered from congenital heart defects. This finding provided evidence of a link between the cilia-induced respiratory disorder and the heart problems.

By knowing the gene and the properties conferred by its mutated version, scientists may be able to better treat those with the mutant gene and its accompanying respiratory disorders. Researchers eventually may be able to devise genetic repairs to impaired cilia, Burdine said. Because some congenital heart defects can be surgically repaired, it will be important for those individuals to understand whether or not they may be at risk for passing their defect on to their own children. In the future, it may be possible to screen for mutations in CCDC40 to help determine the risk of congenital heart defects.

In addition to Burdine, Princeton scientists on the paper included: Noriko Okabe, a former postdoctoral fellow; Kari Baker Lenhart and Jason McSheene, graduate students; and Jessica Sullivan-Brown, a former graduate student, all in the Department of Molecular Biology.

In the United States, teams included those at: the Children's National Medical Center in Washington, D.C.; the Howard Hughes Medical Institute at the University of Colorado in Denver; and the Sloan-Kettering Institute in New York. In Germany, teams included those at: the University Hospital Freiburg; the Klinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin-Allgemeine Pädiatrie-Universitätsklinikum in Münster; Albert-Ludwigs-University in Freiburg; the Max Planck Institute for Plant Breeding Research in Köln; and the Max Planck Institute for Developmental Biology in Tübingen. Other groups were based at: the National Medical Center and the Pediatric Institute Svabhegy, both in Budapest, Hungary; and Copenhagen University Hospital in Denmark.

Support for the research included funding from the American Recovery and Reinvestment Act, the federal economic stimulus bill enacted last year, and also from the National Institute of Child Health and Human Development of the National Institutes of Health, the March of Dimes Foundation, the Spina Bifida Association, the German Human Genome Project and the Howard Hughes Medical Institute.

Fuente: Princeton University