martes, 15 de marzo de 2011

 

Los Humanos y la Mosca de la Fruta
Con el apoyo de NASA, investigadores enviarán moscas de la fruta a la Estación Espacial Internacional para estudiar los efectos del viaje espacial en los genes de los astronautas.
NASA
Febrero 3, 2004: Las moscas de la fruta tienen grandes ojos y son largas y delgadas, aman las bananas podridas y, siguiendo las órdenes de sus cerebros del tamaño de una cabeza de alfiler, pueden desovar cientos de huevos cada día.
Tenemos muchas cosas en común con las moscas.
ver leyendaGenéticamente hablando, la gente y las moscas de la fruta son sorprendentemente parecidas, explica la bióloga Sharmila Bhattacharya del Centro de Investigación Ames de la NASA. "Aproximadamente el 61% de los genes de enfermedades humanas que se conocen tienen una contrapartida identificable en el código genético de las moscas de la fruta, y el 50% de las secuencias proteínicas de la mosca tiene análogos en los mamíferos".
Arriba: Lado a lado, un macho y una hembra de la mosca de la fruta.
Esta es la razón por la cual las moscas de la fruta, conocidas para los científicos como Drosophila melanogaster, son comunes en los laboratorios de investigación genética. Para propósitos de investigación, fácilmente pueden reemplazar a los humanos. Se reproducen rápidamente, de modo que muchas generaciones pueden ser estudiadas en un corto tiempo, y ya se conoce el mapa completo de su genoma. "La Drosophila es utilizada como modelo genético para varias enfermedades humanas, incluyendo las de Parkinson y de Huntington", hace notar Bhattacharya.
Están a punto de convertirse también en modelos genéticos para los astronautas.
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La profesora Kate Beckingham de la Universidad de Rice, en colaboración con Bhattacharya y con Douglas Armstrong de la Universidad de Edimburgo, está planeando enviar algunas moscas de la fruta a la Estación Espacial Internacional (EEI). Su experimento se denomina "Comportamiento y Expresión Genética de la Drosophila en Microgravedad". Su propósito es descubrir cómo el viaje espacial afecta a los genes, tanto de la Drosophila como de los humanos. Este es un tema de mucho interés para la NASA. Durante un viaje espacial típico, los astronautas se ven expuestos a una variedad de fuerzas gravitacionales. En un viaje a Marte, por ejemplo, un explorador soportaría varias g durante el lanzamiento, cero-g durante el largo crucero interplanetario, y 0,38-g durante su estancia en el planeta rojo. ¿Cómo reaccionarán sus genes ante estos cambios? ¿Se expresarían en formas nuevas o inesperadas?
"Los genes se "expresan a sí mismos" ordenando a las células que produzcan proteínas", explica Beckingham. Hay aproximadamente 50.000 proteínas diferentes en el cuerpo humano y éstas participan prácticamente en todos los procesos humanos. Nos ayudan a digerir nuestra comida, a coagular la sangre y a curar las heridas. Son los bloques de construcción de las células y de los tejidos. "Si los genes ordenan un diferente tipo de proteínas en el espacio porque la baja gravedad se lo indica, muchas de estas cosas podrían cambiar".
ver leyenda
Arriba: Cuando los genes se expresan, la información genética del ADN es primero copiada a una molécula del ARN mensajero (mRNA). El mRNA lleva esta información desde el núcleo de la célula al citoplasma, donde las proteínas son ensambladas a partir de aminoácidos. [más información]
"Ya tenemos evidencia de que la falta de peso altera la expresión genética", agrega. En 1999, por ejemplo, los científicos hicieron crecer células de riñón humano a bordo del Transbordador Espacial. Más de mil genes de las células se comportaron en forma diferente. Entre otras cosas, produjeron exceso de receptores de vitamina D. Este superávit de receptores de vitamina D puede reducir el riesgo de cáncer de próstata en los hombres. Quizás sea un beneficio de los vuelos espaciales.
Otros cambios son menos positivos. Los estudios han mostrado que las células que enfrentan a las enfermedades en los sistemas inmunes de los astronautas no atacan tan eficazmente a los gérmenes como lo hacen en la Tierra. Si uno se enferma en el espacio, podría ser más difícil mejorarse. Los huesos de los astronautas se debilitan durante los viajes largos, y con la falta de ejercicio sus músculos se atrofian. "Todas estas cosas tienen sus raíces en la expresión genética", dice Beckingham.
Los efectos de los viajes espaciales en la actividad genética, son algo indiscutible. Pero los investigadores no pueden predecir todavía cuáles serán los genes afectados, o la forma precisa cómo la gravedad comunica cambios a los genes.
ver leyenda Este es el propósito de la mosca de la fruta. El equipo de Beckingham criará por lo menos nueve generaciones de Drosophila a bordo de la EEI, con unas 120 moscas en cada generación. Unas 30 de cada camada serán recogidas y congeladas por los astronautas. Eventualmente, las moscas congeladas serán regresadas a la Tierra donde los investigadores analizarán su ARN mensajero (mRNA), y de este modo sus proteínas, para determinar cuáles genes fueron más activos o menos activos en órbita.
Arriba: Con las moscas de la fruta a bordo, la EEI se convertirá en un laboratorio de investigación genética. [imagen ampliada]
A bordo de la EEI, "las moscas estarán dentro de un hábitat especial para insectos", dice Beckingham. Paredes transparentes y una cámara de video permitirán monitorear el comportamiento de las moscas. "Estaremos observando sus rituales de cortejo, su velocidad, y cómo vuelan; estas son pistas de su actividad genética".
Las moscas también pasarán algún tiempo girando dentro de pequeños centrifugadores. "Podemos ajustar la rotación para simular diferentes niveles de gravedad, desde la casi total carencia de peso hasta dos veces la gravedad de la Tierra", dice Beckingham. "Podríamos también explorar la gravedad de la Luna (1/6 g) y de Marte, para ver cómo cambiaría la expresión genética en esos mundos".
Las moscas se trasladarán a la EEI a bordo del Transbordador Espacial luego de que éste retorne a sus vuelos. Comenzarán su viaje como huevos, incubarán en ruta, y arribarán a la estación espacial en forma larval. Beckingham espera que las pequeñas moscas crezcan y se reproduzcan, produciendo la fundación de un enjambre que orbitará la Tierra durante 90 días. No es mucho tiempo para un humano, pero significa varias generaciones de moscas de la fruta.
Algún día también vivirán en el espacio muchas generaciones de personas. Si los cambios genéticos se acumulan de generación en generación (una incógnita del viaje espacial), los colonizadores de la Luna o de Marte podrían divergir genéticamente de sus parientes terráqueos. Vivir en Marte lo convertiría a uno en marciano. Las moscas de la fruta podrían advertirnos sobre ese proceso (si es que existe).
Arriba: La Profesora Kate Beckingham de la Universidad de Rice. [más información]
"Nueve generaciones de Drosophila no son suficientes como para sacar conclusiones definitivas sobre los cambios heredados", dice cautamente Bhattacharya. Pero es un comienzo. El experimento de 90 días indicará algunos de los genes más afectados por el viaje espacial, y probará el diseño del hábitat donde puedan vivir más generaciones de moscas. Serán necesarias cientos de generaciones para estudiar apropiadamente la evolución genética en el espacio, piensa Beckingham. "Esto será en el futuro", dice.
Mientras tanto, quizás sea tiempo de comenzar a empacar bananas en los cohetes de suministro de la EEI. Podridas, por favor.
Manténgase sintonizado con Ciencia@NASA para más información acerca de esta investigación, incluyendo una futura nota que describe el proceso de selección de astronautas... para las moscas de la fruta.

LA REPRODUCCIÓN EN LAS MOSCAS

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Reproducción
El abdomen se distiende cuando la mosca está repleta de comida. En el extremo posterior, la hembra presenta un ovipositor segmentado que puede ser extendido y retraído para facilitar la puesta de los huevos.
El ovipositor dispone de estructuras sensoriales que ayudan a la hembra a seleccionar lugares de oviposición apropiados.
El macho posee piezas genitales posteriores que se presentan generalmente ocultas mientras la mosca no se está apareando.
Durante el apareamiento los complejos lóbulos de las piezas genitales del macho se cierran en torno al ovipositor femenino para inyectar el esperma en el interior de la hembra. Los espermatozoides se dirigen hacia una zona de almacenamiento (espermateca) en el sistema reproductor de la hembra y quedan ahí disponibles para la fecundación de los huevos durante su trayecto descendente por el oviducto. Por lo cual, una hembra puede poner varios lotes de huevos fecundados tras tan sólo una cópula finalizada con éxito.
Las hembras de moscas doméstica son monógamas, es decir normalmente se aparean una sola vez.
La hembra produce una feromona sexual volátil, denominada muscalure, (Z)-9-tricoseno, que atrae a los machos.
En el proceso del apareamiento, el macho atrapa a veces a la hembra en el aire, pero la copulación propiamente dicha tiene lugar una vez se han posado sobre una superficie, más que en vuelo.
La hembra se aparea y empieza a poner huevos 3-4 días después de su emergencia (período de preoviposición). El umbral para el desarrollo preoviposicional se sitúa sobre los 14ºC (57°F).

Visión global

Las moscas son insectos que pertenecen al orden Diptera, que significa "con dos alas". Las moscas verdaderas poseen un par de alas que usan para volar. Por detrás de éstas se encuentran dos estructuras en forma de maza o pesa (llamadas halterios o balancines), que son órganos de equilibrio durante el vuelo.
Las moscas presentan una metamorfosis completa, es decir, que su ciclo biológico consiste de los estadios siguientes: huevo, larva (las llamadas cresas o gusanos), pupa y adulto. Las moscas sinantrópicas asociadas con la producción animal intensiva comprenden especies de las familias Muscidae, Calliphoridae, Stratiomyidae y Syrphidae. Las más importantes son especies de la familia Muscidae, entre las que se encuentra la mosca doméstica común Musca domestica L. Esta última será estudiada con más detalle, dado que es la plaga más importante y el objetivo primario de los programas de control de moscas.

Tipos de moscas

Mosca domestica:

Descripción:

Nombre específico: Musca domestica L.
Familia:Muscidae
Los estadios del ciclo biológico de la mosca doméstica común son huevo, larva, pupa y adulto. La larva muda dos veces, de modo que hay una primera, una segunda y una tercera fases larvarias, siendo cada una de ellas de mayor tamaño que la precedente.

Huevo:

El huevo es de color blanco, elíptico, de aproximadamente 1 mm de longitud por 0,26 mm de anchura, con ambos extremos arromados, y la parte anterior ligeramente ahusada.
El corion parece liso, pero un examen más detallado revela un patrón de marcas hexagonales.
Sobre el lado dorsal se presentan dos crestas longitudinales curvadas. La división celular en el huevo se inicia poco después de la oviposición (en aproximadamente 8 minutos).

La eclosión de la larva se produce a través de una fisura en el lado dorsal de huevo.
Esta fisura se extiende posteriormente a medida que la larva sale al exterior, con la cabeza por delante. Tras la emergencia de la larva se produce el colapso del corion.

Larva:

El tegumento de la larva de la mosca doméstica consiste de una cutícula exterior acelular y de una capa única epitelial interior que reposa sobre una membrana basal. La cutícula aparece cubierta por una epicutícula y presenta una estructura estratificada. La cutícula tiene 5µmde grosor en larvas jóvenes (36 horas de edad), 25 µm en las de 60 horas y 40 µm en las de último (tercer) estadio.
La larva es blanca, cilíndrica, con el extremo posterior ancho y aplastado, ahusándose hacia la parte anterior.
Carece de ojos o apéndices aunque se observan algunas crestas espinosas ventrales que facilitan la locomoción. Las larvas presentan 13 segmentos, aunque los dos primeros aparecen parcialmente fusionados, de modo que sólo se ven 12.
A través de la cutícula es posible ver algunos de los órganos internos. Los espiráculos son aberturas que permiten la entrada de aire en el sistema respiratorio de la larva. Los espiráculos posteriores presentan una forma característica.

Pupa:

En el proceso de pupación tiene lugar una contracción general de la larva dentro de su propio tegumento, de modo que éste se convierte en un pupario cilíndrico de aproximadamente 6,3 mm de longitud.
A)Pupario mostrando restos de los espiráculos posteriores y anteriores del estadio larvario. B) Pupa que se desarrolla en el interior del pupario. C) Pupario después de que la mosca adulta ha emergido a través de la fisura anterior.

El pupario va oscureciéndose gradualmente hasta adquirir un intenso color marrón oscuro. Dado que la envoltura pupal se forma a expensas de la piel de la larva, la pupa que hay en su interior se dice que es de tipo coartado (en el sentido de contraída o compactada).
La zona pseudocefálica queda completamente retirada, de forma que los procesos espiraculares anteriores quedan muy cerca del extremo anterior del pupario. Los seudópodos locomotores persisten en la superficie ventral, aunque el pupario no es móvil.
Aparece un par oscuro de espiráculos pupales en la membrana conjuntiva entre los segmentos aparentes quinto y sexto, sobre el lado dorsal; éstos constituyen la única entrada de aire para la pupa.

Adulto:

La mosca doméstica adulta (de unos 6-7 mm de longitud) es básicamente de color gris. Como todas las moscas, posee dos alas y un cuerpo dividido en tres partes: cabeza, tórax y abdomen.
El tórax es gris, con cuatro bandas longitudinales oscuras de igual anchura en el dorso. El abdomen presenta costados amarillentos en la mitad basal; la parte posterior es de color negro marronáceo y una línea longitudinal oscura se extiende a lo largo del límite medio del dorso.
Las patas son marrón negruzco. Las alas son prácticamente transparentes y la venación es característica, con la cuarta vena longitudinal, doblada bruscamente hacia arriba cerca del ápice alar, para casi encontrarse con la vena, justo frente a ella.

Ciclo biológico:

El ciclo biológico completo de la mosca doméstica (de huevo a adulto) dura de 7-10 días en verano en zonas templadas cálidas. El desarrollo de cada estadio dependen de la temperatura.

Sin embargo, es frecuente que la temperatura del medio larvario, que se descompone y fermenta, sea considerablemente más alta que la del aire circundante, de modo que el desarrollo es mucho más rápido de lo esperado conforme a las condiciones climáticas estrictas.
Los tiempos necesarios para completar el desarrollo pueden expresarse como grados-horas o grados-días, que son múltiplo del tiempo (horas o días) y número de grados de temperatura (ºC o ºF) por encima del umbral de temperatura para el desarrollo.
Mosca metálica o Moscón:
· Tamaño: 1,2 cm. de largo
· Color: Azul o verde metálicos.
· Otras características: Igual a la mosca doméstica.
· Ciclo huevo-adulto: 2 a 4 semanas.
· Reproducción: La hembra pone los huevos sobre carne o animales muertos o materiales en descomposición.
· Alimentos: Igual que la mosca doméstica.
· Lugares frecuentados: Igual que la mosca doméstica.
Mosca del drenaje o de las letrinas:
· Tamaño: 0,4 cm. de largo.
· Color: Negro, con largos pelos en su cuerpo.
· Otras características: Igual a la mosca doméstica.
· Ciclo huevo-adulto: 2 a 3 semanas.
· Reproducción: La hembra deposita unos 200 huevos sobre sustancia orgánica acumulada en resumideros, cámara séptica, graseras, etc... A los 15 o 30 días surgen nuevas moscas adultas.
· Alimentos: Materiales en descomposición o húmedos con abundante desarrollo de algas, hongos o bacterias.
· Lugares frecuentados: Normalmente se las observa posadas en paredes de baños, lavaderos, cocinas, zanjas de drenaje, o sobre alimentos, mesadas, mesas, utensilios de cocina, vajilla, etc.

Mosca de la fruta o mosquita del vinagre:
· Tamaño: 0,3 cm. de largo
· Color: Marrón amarillento.
· Otras características: Su potencial contaminante alimentos, por su hábito de posarse sobre alimentos en descomposición y luego en alimentos sanos.
· Ciclo huevo-adulto: 1 a 2 semanas.
· Reproducción: La hembra deposita unos 500 huevos en materiales en free-mentación. A los 9 o 12 días surgen las nuevas moscas.
· Alimentos: Frutas y vegetales en descomposición o húmedos con abundante desarrollo de hongos y/o bacterias.
· Lugares s frecuentados: Normalmente se las observa junto frutas y vegetales en descomposición o próximas a la basura

LA MOSCA DE LA FRUTA

Las moscas de la fruta tienen grandes ojos y son largas y delgadas, aman las bananas podridas y, siguiendo las órdenes de sus cerebros del tamaño de una cabeza de alfiler, pueden desovar cientos de huevos cada día.
Tenemos muchas cosas en común con las moscas.
ver leyendaGenéticamente hablando, la gente y las moscas de la fruta son sorprendentemente parecidas, explica la bióloga Sharmila Bhattacharya del Centro de Investigación Ames de la NASA. "Aproximadamente el 61% de los genes de enfermedades humanas que se conocen tienen una contrapartida identificable en el código genético de las moscas de la fruta, y el 50% de las secuencias proteínicas de la mosca tiene análogos en los mamíferos".
Arriba: Lado a lado, un macho y una hembra de la mosca de la fruta.
Esta es la razón por la cual las moscas de la fruta, conocidas para los científicos como Drosophila melanogaster, son comunes en los laboratorios de investigación genética. Para propósitos de investigación, fácilmente pueden reemplazar a los humanos. Se reproducen rápidamente, de modo que muchas generaciones pueden ser estudiadas en un corto tiempo, y ya se conoce el mapa completo de su genoma. "La Drosophila es utilizada como modelo genético para varias enfermedades humanas, incluyendo las de Parkinson y de Huntington", hace notar Bhattacharya.
Están a punto de convertirse también en modelos genéticos para los astronautas.
Imagen de Subscripción
Anótese aquí para recibir nuestro servicio de ENTREGA INMEDIATA DE NOTICIAS CIENTÍFICAS
La profesora Kate Beckingham de la Universidad de Rice, en colaboración con Bhattacharya y con Douglas Armstrong de la Universidad de Edimburgo, está planeando enviar algunas moscas de la fruta a la Estación Espacial Internacional (EEI). Su experimento se denomina "Comportamiento y Expresión Genética de la Drosophila en Microgravedad". Su propósito es descubrir cómo el viaje espacial afecta a los genes, tanto de la Drosophila como de los humanos. Este es un tema de mucho interés para la NASA. Durante un viaje espacial típico, los astronautas se ven expuestos a una variedad de fuerzas gravitacionales. En un viaje a Marte, por ejemplo, un explorador soportaría varias g durante el lanzamiento, cero-gg durante su estancia en el planeta rojo. ¿Cómo reaccionarán sus genes ante estos cambios? ¿Se expresarían en formas nuevas o inesperadas? durante el largo crucero interplanetario, y 0,38-
"Los genes se "expresan a sí mismos" ordenando a las células que produzcan proteínas", explica Beckingham. Hay aproximadamente 50.000 proteínas diferentes en el cuerpo humano y éstas participan prácticamente en todos los procesos humanos. Nos ayudan a digerir nuestra comida, a coagular la sangre y a curar las heridas. Son los bloques de construcción de las células y de los tejidos. "Si los genes ordenan un diferente tipo de proteínas en el espacio porque la baja gravedad se lo indica, muchas de estas cosas podrían cambiar".
ver leyenda
Arriba: Cuando los genes se expresan, la información genética del ADN es primero copiada a una molécula del ARN mensajero (mRNA). El mRNA lleva esta información desde el núcleo de la célula al citoplasma, donde las proteínas son ensambladas a partir de aminoácidos. [más información]
"Ya tenemos evidencia de que la falta de peso altera la expresión genética", agrega. En 1999, por ejemplo, los científicos hicieron crecer células de riñón humano a bordo del Transbordador Espacial. Más de mil genes de las células se comportaron en forma diferente. Entre otras cosas, produjeron exceso de receptores de vitamina D. Este superávit de receptores de vitamina D puede reducir el riesgo de cáncer de próstata en los hombres. Quizás sea un beneficio de los vuelos espaciales.
Otros cambios son menos positivos. Los estudios han mostrado que las células que enfrentan a las enfermedades en los sistemas inmunes de los astronautas no atacan tan eficazmente a los gérmenes como lo hacen en la Tierra. Si uno se enferma en el espacio, podría ser más difícil mejorarse. Los huesos de los astronautas se debilitan durante los viajes largos, y con la falta de ejercicio sus músculos se atrofian. "Todas estas cosas tienen sus raíces en la expresión genética", dice Beckingham.
Los efectos de los viajes espaciales en la actividad genética, son algo indiscutible. Pero los investigadores no pueden predecir todavía cuáles serán los genes afectados, o la forma precisa cómo la gravedad comunica cambios a los genes.
ver leyenda Este es el propósito de la mosca de la fruta. El equipo de Beckingham criará por lo menos nueve generaciones de Drosophila a bordo de la EEI, con unas 120 moscas en cada generación. Unas 30 de cada camada serán recogidas y congeladas por los astronautas. Eventualmente, las moscas congeladas serán regresadas a la Tierra donde los investigadores analizarán su ARN mensajero (mRNA), y de este modo sus proteínas, para determinar cuáles genes fueron más activos o menos activos en órbita.
Arriba: Con las moscas de la fruta a bordo, la EEI se convertirá en un laboratorio de investigación genética. [imagen ampliada]
A bordo de la EEI, "las moscas estarán dentro de un hábitat especial para insectos", dice Beckingham. Paredes transparentes y una cámara de video permitirán monitorear el comportamiento de las moscas. "Estaremos observando sus rituales de cortejo, su velocidad, y cómo vuelan; estas son pistas de su actividad genética".
Las moscas también pasarán algún tiempo girando dentro de pequeños centrifugadores. "Podemos ajustar la rotación para simular diferentes niveles de gravedad, desde la casi total carencia de peso hasta dos veces la gravedad de la Tierra", dice Beckingham. "Podríamos también explorar la gravedad de la Luna (1/6 g) y de Marte, para ver cómo cambiaría la expresión genética en esos mundos".
Las moscas se trasladarán a la EEI a bordo del Transbordador Espacial luego de que éste retorne a sus vuelos. Comenzarán su viaje como huevos, incubarán en ruta, y arribarán a la estación espacial en forma larval. Beckingham espera que las pequeñas moscas crezcan y se reproduzcan, produciendo la fundación de un enjambre que orbitará la Tierra durante 90 días. No es mucho tiempo para un humano, pero significa varias generaciones de moscas de la fruta.
Algún día también vivirán en el espacio muchas generaciones de personas. Si los cambios genéticos se acumulan de generación en generación (una incógnita del viaje espacial), los colonizadores de la Luna o de Marte podrían divergir genéticamente de sus parientes terráqueos. Vivir en Marte lo convertiría a uno en marciano. Las moscas de la fruta podrían advertirnos sobre ese proceso (si es que existe).
Arriba: La Profesora Kate Beckingham de la Universidad de Rice. [más información]
"Nueve generaciones de Drosophila no son suficientes como para sacar conclusiones definitivas sobre los cambios heredados", dice cautamente Bhattacharya. Pero es un comienzo. El experimento de 90 días indicará algunos de los genes más afectados por el viaje espacial, y probará el diseño del hábitat donde puedan vivir más generaciones de moscas. Serán necesarias cientos de generaciones para estudiar apropiadamente la evolución genética en el espacio, piensa Beckingham. "Esto será en el futuro", dice.
Mientras tanto, quizás sea tiempo de comenzar a empacar bananas en los cohetes de suministro de la EEI. Podridas, por favor.
Manténgase sintonizado con Ciencia@NASA para más información acerca de esta investigación, incluyendo una futura nota que describe el proceso de selección de astronautas... para las moscas de la fruta.