La bomba H y las nuevas neuronas

1320741130-1477880441Todos hemos oído hablar del carbono-14 pero no todos saben cómo funciona. El peso atómico del carbono es 12, el del nitrógeno 14 y el del oxígeno, 16. Ese peso es la suma de dos partículas subatómicas, los protones y los neutrones ya que los electrones apenas tienen masa. Los isótopos —palabra que significa «mismo sitio» puesto que ocupan el mismo lugar en la tabla periódica— son variantes del mismo átomo que tienen el mismo número de protones pero difieren en el número de neutrones. Así, en el caso del carbono hay carbono-12 (12C) que es el isótopo más abundante (99%)  y luego hay carbono-13 (13C; 1%) y carbono-14 (14C; concentraciones mínimas). Los tres isótopos tiene 6 protones pero el 12C tiene 6 neutrones, el 13C 7 y el 14C tiene 8. El 12C y el 13C son estables pero el 14C es inestable y desprende el neutrón supernumerario emitiendo al mismo tiempo una radiación, por lo que decimos que es un isótopo radioactivo.

El 14C se forma de manera natural por un rayo cósmico, un neutrón con alta energía procedente del espacio que atraviesa la atmósfera y choca con un átomo de nitrógeno. make_carbon_14-600x256 El neutrón hace saltar un protón y ocupa su lugar, formándose el carbono-14. Las plantas absorberán el 14C del mismo modo que lo hacen con los demás isótopos del carbono en el CO2, incorporándolo a sus tejidos y de ahí a la cadena alimenticia. Así, todas las plantas y los animales que se las comen y los animales que se comen a esos animales tenemos una cantidad determinada de carbono 14 en nuestro organismo. La proporción de 14C es más o menos estable en cada época, por lo que todos los organismos que han vivido en ese período determinado tienen un porcentaje similar de 14C en sus células, en su leño o en sus huesos. Lógicamente, a partir de que el organismo muere, sea animal o planta, no acumula más carbono 14 y puesto que el 14C es radioactivo irá decayendo, se va transformando lentamente en nitrógeno-14 (14N). La vida media del carbono-14 es de 5700 años; es decir, si un tronco fósil tiene 1 microgramo de carbono 14, al cabo de 5700 años le quedará aproximadamente medio microgramo. Podemos poner el calendario a girar al revés y viendo el carbono 14 que le queda y sabiendo cuánto había en cada época —lo tenemos bastante exacto de los últimos 15.000 años— es fácil conocer hace cuánto tiempo ese árbol estaba vivo. Esta técnica se llama radiodatación o datación por radiocarbono y es fundamental en los estudios paleontológicos.

Tsar_Bomba_RevisedEn la segunda mitad del siglo XX, la cantidad de carbono-14 en la atmósfera cambió súbitamente. Los humanos, con nuestra hibris habitual, nos lanzamos a probar bombas termonucleares, los artefactos más destructivos jamás inventados. Los primeros años las pruebas fueron atmosféricas e incrementaron considerablemente la cantidad de isótopos radioactivos en el aire que respiramos. Del año 1952, en que se probó la primera bomba de hidrógeno a 1963, en el que las pruebas en superficie fueron suprimidas por acuerdo de las dos superpotencias, la cantidad de carbono 14 en la atmósfera se duplicó por obra y gracia de los ensayos de bombas nucleares de Estados Unidos y la Unión Soviética. Los meses previos a la entrada en vigor de la prohibición, los militares de ambos bandos aceleraron sus ensayos y detonaron un alto número de artefactos para probar todo lo que tenían en sus arsenales, lo que produjo un pico llamativo en el 14C presente en la atmósfera.

Los primeros años la cantidad de carbono-14 era más alta en el Hemisferio Norte que en el Sur porque los rusos que probaban sus bombas en Nueva Zembla —dos islas y algunos islotes del Ártico donde la Unión Soviética hizo 224 pruebas nucleares— y lanzaron más radioactividad a la atmósfera que los americanos, que lo hacían en el atolón de las Bikini, grupo de islotes cuya fama mediática coincidió con la de cierto bañador de dos piezas al que pusieron nombre. La mayor explosión artificial de la historia fue la bomba del Zar, un artefacto soviético con un poder de 50-58 megatones, que quiere decir equivalente a 50-58 millones de toneladas de dinamita, un petardo considerable. Desde la entrada en vigor del tratado, la concentración de radioisótopos en la atmósfera se fue igualando primero en ambos hemisferios y luego, al no haber más explosiones en superficie, la cantidad de 14C fue disminuyendo paulatinamente, en lo que se conoce como la «curva de la bomba». bomb14_NSPor tanto, una técnica que hasta hace poco se utilizaba sobre todo para datar objetos biológicos que estaban vivos hace miles de años, el cráneo de un neandertal por ejemplo, ahora posibilita una escala interesante, de una exactitud llamativa, para cosas sucedidas en los últimos 50 años.

Hay partes de nuestro cuerpo que crecen o se renuevan con mucha rapidez. Por ejemplo, el pelo o las uñas crecen de forma constante y las células de nuestro epitelio de revestimiento intestinal se recambian cada cinco días. Otros tejidos son más persistentes como el colágeno de los huesos, que se recambia a un ritmo tan lento que dura entre 10 y 20 años. Los tejidos que se renuevan mucho pueden permitir establecer el momento del fallecimiento con una exactitud de meses, comparando con el nivel de 14C. El esmalte de los dientes, que no se recambia, nos permite calcular con bastante exactitud  la edad de una persona sabiendo la cantidad de carbono 14 que contienen y cuál era el año que corresponde a esos niveles (será el año de la formación del diente no el del nacimiento, y no nos salen a todos los dientes a la misma edad, por eso hay un cierto margen de error).

carbon-dating-750x400La cantidad de 14C se calcula en unos minutos usando un espectrómetro de masas y ha permitido establecer la edad de restos humanos encontrados con lo que se ha podido identificar al infortunado propietario y resolver algunos crímenes, aunque al parecer es una técnica que no es todavía de uso generalizado en los laboratorios forenses. ¡Vamos CSI! También se usa para ver si el elefante propietario de una pieza de marfil estaba vivo en 1989, el año en que entró en vigor la Convención para el Comercio Internacional de Especies Protegidas que prohibía la venta de marfil. SI el elefante murió después, ese marfil es ilegal, fruto de la caza furtiva y puede ser requisado y destruido, algo que se puede aplicar del mismo modo a cuernos de rinoceronte, pieles de tigre, maderas de árboles protegidos o cualquier otro resto biológico.

A finales de los años 1950 apareció una nueva técnica biológica, los experimentos de “pulso y caza”. El pulso era administrar súbitamente al organismo vivo una sustancia radioactiva. La caza era ir siguiendo el rastro, la radioactividad, en su recorrido espacial (por distintos órganos, por distintas zonas y capas de ese órgano, por células específicas, por las partes específicas de una célula) y temporal, en el corto, medio o largo plazo utilizando películas fotográficas. F1.largePodíamos así seguir esa sustancia: dónde estaba, qué rutas seguía, en qué se trasformaba, cuándo se degradaba.

Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, están formados por cadenas de nucleótidos. Cada nucleótido está formado por un ácido fosfórico, un azúcar de cinco átomos de carbono o pentosa y una base nitrogenada: adenina, citosina, guanina y timina en el ADN y adenina, citosina, guanina y uracilo en el ARN. Por lo tanto, el mejor marcador para el ARN es el uracilo y para el ADN, la timina. La timina más la pentosa forma un nucleósido llamado timidina. Una célula que se va a dividir o un organismo que está creciendo —y por lo tanto duplicando células— está fabricando nuevo ADN y por lo tanto incorporando timidina. Si la timidina es radiactiva, veremos radioactividad en las células que estén duplicado su ADN, las que se están preparando para la división, y luego podemos proceder a su «caza», a seguirlas para ver qué ha sido de ellas, dónde han ido a parar, en qué se han diferenciado.

Joseph Altman nació en Budapest el 7 de octubre de 1925. Su vida no fue fácil. Él lo cuenta así:

Me comprometí en el estudio de las relaciones entre el cerebro y el comportamiento cuando era un adolescente. Se me prohibió terminar mi educación formal en la Hungría cuasi fascista porque pertenecía a una minoría étnica y religiosa privada de sus derechos. Cuando la Wehrmacht ocupó Hungría, me encarcelaron en un campo de trabajos forzados y me incorporaron a una cuadrilla de ferroviarios. Tras un tiempo allí, escapé y viví clandestinamente en Budapest, que pronto fue sitiado. Ayudó a mi supervivencia —tiendo a pensar— un síndrome que desarrollé y que yo llamo «aparanoia». Ignorando de una forma feliz el hecho de que buscaban a gente como yo, no me escondí sino que caminaba con la cabeza erguida por las calles, pasando junto a soldados con bayoneta y gendarmes que buscaban judíos y desertores. Me convencí a mí mismo de que iba a sobrevivir independientemente de cuáles fueran las intenciones de los nazis. Cuando el Ejército Rojo nos liberó en 1945, retomé mi educación formal. Sin embargo, no pude soportar el ascenso de la dictadura comunista y huí del país en 1946. Me convertí en un apátrida, un desplazado en Alemania Occidental, esperando durante muchos años antes de que pude conseguir los documentos requeridos para emigrar a Australia.

F1.large (1)Altman iba a clases por su cuenta en Alemania y pasaba muchas horas estudiando en la biblioteca. Continuó su educación por libre consiguiendo un trabajo en Austria precisamente como bibliotecario en una facultad y finalmente dio el salto a Australia y de allí a Estados Unidos donde, en un ejemplo de ese American Dream que ahora parece menos fácil, Altman empezó a trabajar en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, el famoso MIT.  Altman optó por una investigación arriesgada y, utilizando timidina tritiada, demostró que se incorporaba en neuronas del giro dentado del hipocampo, el bulbo olfatorio y la corteza cerebral del encéfalo adulto, que había síntesis de ADN en precursores de neuronas en el cerebro adulto. Esto era contrario a todo lo que se conocía en el momento, de hecho uno de los dogmas de la Neurobiología era que  “no se generan nuevas neuronas en el cerebro adulto”. Tuvieron que pasar treinta años, hasta la década de los 1990 para que las confirmaciones de los experimentos de Altman fuese tan abrumadora para que la gran mayoría de la comunidad científica aceptara que había una neurogénesis adulta aunque limitada, muy localizada y con baja o nula respuesta a los procesos de neurodegeneración.

No se puede inyectar una molécula radioactiva como la timidina tritiada a un ser humano con fines de investigación y, por lo tanto, los experimentos de Altman no se pudieron replicar en personas. El tratamiento de algunos cánceres con inhibidores de la mitosis mostró algunas células marcadas en el encéfalo lo que era una pista de que había división celular en el sistema nervioso central de humanos pero se trataba de pocos casos y era dudoso que se tratase de neuronas. caption_20090709science_367Finalmente, la curva de la bomba propició saber con exactitud la velocidad de recambio de las células en el ser humano. Jonas Frisén, del Instituto Karolinska de Estocolmo pudo comprobar que las células de epitelio intestinal, por poner un ejemplo, se renuevan cada cinco días mientras que las células musculares de los músculos intercostales lo hacen cada dieciséis meses.  Cuando se estudió el encéfalo, se pudo ver que había semejanzas y diferencias con lo que había descubierto Joseph Altman en sus estudios con timidina tritiada en roedores. Al igual que en las ratas, el giro dentado de la formación hipocampal de los humanos genera nuevas neuronas en el encéfalo adulto. Estas nuevas neuronas son fundamentales para la memoria espacial, la que hace a una rata recordar la salida de un laberinto o a nosotros cómo ir hasta nuestro bar favorito. Por el contrario, el sistema olfatorio que en roedores muestra también una potente neurogénesis no muestra neuronas nuevas en la especie humana. Y sin embargo sí se ve neurogénesis en el área subventricular de los ventrículos laterales al igual que en ratones, la zona de donde surgen las neuronas que migran hacia el bulbo olfatorio, la primera estación de relevo de la información sobre olores. La diferencia parece ser que en los seres humanos estas nuevas neuronas migran a otra región, al estriado central. Esta región interviene en el control de los movimientos, en el aprendizaje, una función acumulativa que se puede beneficiar de la llegada de nuevas neuronas y en el desarrollo de las adicciones, que no deja de ser otro tipo de aprendizaje. Curiosamente es una zona donde los ictus son frecuentes y también muy afectada en enfermedades como la de Parkinson o la de Huntington, algo que evidentemente no resuelven las nuevas neuronas que llegan allí de forma constante.

La radiodatación con la curva de la bomba está llegando a su fin. Producimos tanto CO2 que el carbono 14 cada vez está más diluido. Pronto no será posible distinguir entre un año y otro por la diferencia en concentración del radioisótopo. Una solución sería dar un nuevo pulso de carbono 14 pero no parece buena idea hacerlo con una explosión termonuclear. Las pruebas con otros isótopos como los del estroncio no han dado buenos resultados: los seres vivos los absorben en cantidades infinitesimales y no permiten distinguir concentraciones diferentes.

El premio más importante que ha recibido Joseph Altman ha sido el príncipe de Asturias a la investigación científica y técnica junto con Arturo Álvarez-Buylla y Giacomo Rizzolatti. 1306325322855Ese mismo año 2011 el premio de las Letras se concedió a Leonard Cohen. Una frase de sus canciones dice así: «No es por deciros nada/ sino para vivir eternamente/ por lo que escribo esto». Esas células que siguen creando neuronas toda la vida adulta es como si ellas también quisieran vivir eternamente.

 

Para leer más:

  • Altman J, Das G (1967) Postnatal Neurogenesis in the Guinea-pig. Nature214: 1098–1101.
  • Gross CG (2009) A hole in the head: more tales in the history of neuroscience. MIT Press, Cambridge (MA).
  • Bergmann O, Frisén J (2013) Neuroscience. Why adults need new brain cells. Science. 340(6133): 695-696.
  • Ernst A, Alkass K, Bernard S, Salehpour M, Perl S, Tisdale J, Possnert G, Druid H, Frisén J (2014) Neurogenesis in the striatum of the adult human brain. Cell 156(5): 1072-1083.
  • Vince G (2014) Explosive revelations. New Scientist 2972: 42-45.
  • http://brainmindevolution.org/about-the-author/

Autor: José R. Alonso

Neurobiólogo. Catedrático de la Universidad de Salamanca. Escritor.

3 comentarios en “La bomba H y las nuevas neuronas”

  1. Muy interesante la aplicación de un hecho científico (la concentración del carbono 14 por efecto de pruebas nucleares en el pasado) para la generación de conocimiento en otro campo: la regeneración neuronal.

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