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OCTUBRE 20045,50 EURO

ORIGEN DE LOS CELOS •• MEJORA GENETICA DE CEREALES

AMARRAS

ELECTRODINAMICAS

EN EL ESPACIO

BOMBAS ANTIBUNKERNUCLEARES

LA MUERTEDE LAS ESTRELLASCOMUNES

NANOSENSORESDE CAMPOS MAGNETICOS

CONTROL GENETICODEL DESARROLLO DEL OJO

Octubre de 2004Número 337

Amarras electrodinámicas en el espacioEnrico Lorenzini y Juan Sanmartín

Las amarras espaciales sacan partido de leyes físicas fundamentales paraproducir empuje o frenado, gravedad artificial y potencia eléctrica de bajo coste.

Control genéticodel desarrollo del ojoEmili Saló

Hay en el reino animal una amplia diversidadde tipos de ojos, cuyo desarrollo inicialse halla controlado por un circuito genéticoque ha persistido en el curso de la evolución.

Bombas antibúnker nuclearesMichael A. Levi

Se diseñan bombas nucleares quepenetrarán en la tierra para destruirrefugios militares. Su utilidad estratégicay táctica se halla en tela de juicio.

3HACE...50, 100 y 150 años.

4APUNTES

Paleoantropología...Astronomía...Obesidad...Sida...Entomología.

30CIENCIA Y SOCIEDAD

Ecología, el coyotey las áreas tropicales deforestadas...Cáncer de pulmón,factores de riesgo.

34DE CERCA

El hielo: reserva de vidadurante el invierno.

22

La muerte de las estrellas comunesBruce Balick y Adam Frank

La muerte del Sol, dentro de cinco mil millones deaños, será un espectáculo maravilloso. Al igual queotras estrellas de su misma naturaleza, engendraráuna nebulosa planetaria.

44

54

36

14Nanosensores de camposmagnéticosStuart A. Solin

Gracias a unos dispositivos minúsculos que sebasan en un fenómeno descubierto hace poco, lamagnetorresistencia extraordinaria, podríanconstruirse discos magnéticos rapidísimos y deenorme capacidad.

90CURIOSIDADES DE LA FÍSICA

Sólo doce pasoshasta la eternidad,por Wolfgang Bürger

92JUEGOS MATEMÁTICOS

Más sobre el reparto de poder,por Juan M.R. Parrondo

94LIBROS

Utiles matemáticosTablas

Gx

2N

2N–1

ωx

Bx

Px

Gx

Bx

Px

Pnx

Bnx

Gnx

Pnx

Bnx

Gnx

COALICION

ELEGIDA

(VOTA SI)

COALICION

COMPLEMENTARIA

(VOTA NO)

6Mejora genética de cerealesStephen A. Goff y John M. Salmeron

La comparación de los genomasde los principales cultivos de cereales,junto con la mejora asistida pormarcadores moleculares, abrenel camino hacia una nuevarevolución verde.

Origen de los celosChristine R. Harris

A la luz de la investigación reciente,las diferencias sexuales que la psicologíaevolutiva atribuye a este sentimientoancestral se desvanecen: hombresy mujeres parecen sufrir los celospor igual.

80

68Las formas del espacioGraham P. Collins

Un matemático ruso ha demostradola conjetura de Poincaré. Así se completala catalogación de los espaciostridimensionales. Quizá reciba por elloun premio de un millón de dólares.

Portada: Alfred T. Kamajian

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traducción:

Felipe Cortés: Mejora genética de cereales; Alvar Sánchez Moreno:Nanosensores de campos magnéticos; Juan Sanmartín: Amarras electro-dinámicas en el espacio; J. Vilardell: Bombas antibúnker nucleares,Apuntes y Hace; M.ª Rosa Zapatero Osorio: La muerte de las estrellascomunes; Luis Bou: Las formas del espacio; José M. García de la Mora:Origen de los celos; Jürgen Goicoechea: Curiosidades de la física

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Difusióncontrolada

INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre, 2004 3

...cincuenta años

PSICOLOGÍA ECONÓMICA. «La noción de ‘saturación’ delmercado se basa en anticuadas hipótesis psicológicasque, a su vez, parten de una analogía con los impul-sos biológicos: si un animal, supongamos, tiene ham-bre, estará motivado para buscar comida; tras habercomido, el motivo desaparecerá. El concepto de satu-ración ha conducido a terribles predicciones acerca delfuturo de la economía de EE.UU. (véase ilustración).Señalan algunos la gran proporción de familias esta-dounidenses que ya poseen artículos de entidad, porejemplo un frigorífico (más del 80 por ciento), y adu-cen que en el futuro las ventas estarán mayormente li-mitadas a la reposición de lo que se gaste. Pero losmóviles sociales son diferentes de los biológicos. Con-seguir un objetivo conduce a pugnar por otro.»

LA ESTRUCTURA DEL ADN. «J. D. Watson y yo, en laUnidad del Consejo de Investigaciones Médicas en elLaboratorio Cavendish de Cambridge, estábamos con-vencidos de que podríamos acercarnos algo a la es-tructura del ADN construyendo modelos a escala ba-sados en los patrones de rayos X obtenidos porM. H. F. Wilkins, Rosalind Franklin y sus colaboradoresdel King’s College, de Londres. La hipótesis más im-portante que tuvimos que formular se refería a que laiteración cristalográfica no coincidiese con la repeti-ción de las unidades químicas en la cadena, sino quese mostrara a intervalos mucho más largos. Una ex-plicación posible era que todos los enlaces de la ca-dena eran iguales pero que losrayos X captaban cada décimoenlace, digamos, desde el mismoángulo, y los demás enlaces desdeángulos diferentes. ¿Qué suertede cadena podría producir unpatrón así? La respuesta era fá-cil: la cadena podría estar arro-llada en hélice. —F. H. C. Crick»(Nota de la redacción: por estetrabajo, Crick, Watson y Wilkinsganaron el premio Nobel en 1962.)

...cien años

CAMBIO DE FUERZA MOTRIZ. «Elvapor cae en desuso. La energíahidráulica avanza. El cambio sedebe a la distribución de la elec-tricidad. En centenares de pueblosy ciudades de todo el país, los mo-tores de vapor han sido despla-zados por la energía hidráulicatransmitida eléctricamente. Así, porejemplo, en Concord (New Hamp-shire), los talleres del ferrocarril

que transporta todo el carbón que llega a la ciudaddtrabajan mediante motores eléctricos de unos 550 ca-ballos y la planta de vapor que antes hacía ese trabajoestá parada. La energía eléctrica conseguida de la energíahidráulica está sustituyendo al vapor, no tanto porquesea más limpia, más segura y más higiénica para la sa-lud, sino porque es más barata.»

...ciento cincuenta años

CAZA INVERNAL DE LA BALLENA. «Por los esquimales seenteraron los balleneros de que las ballenas recalabanen ciertas ensenadas del estrecho de Davis y de labahía de Baffin, donde buscan abrigo durante el in-vierno. Esa información sugirió al capitán Penny la ideade organizar destacamentos que invernaran en las re-giones polares para hacerse con el mayor número po-sible de ellas en el otoño y la primavera, extrayendosu aceite durante el invierno. Así pues, a tal fin se apres-taron dos naves que se hicieron a la vela en Aberdeenel 13 de agosto de 1853, con una tripulación de 33 ma-rineros y tres grumetes. El éxito recompensó sus es-fuerzos, pese a un frío de 40 grados bajo cero. La ac-tividad desarrollada por los marineros contribuía apreservarles la salud, sin que a ninguno se le hicieranlargos los días. Pero, por raro que pueda parecer, laletal plaga del cólera estalló entre los esquimales lleván-dose a muchos de ellos, mientras que los expedicio-narios, sólo con leves síntomas premonitorios, queda-ron exentos del morbo.»

TRENES BALA. «Recientemente, anteel Farmer’s Club del Instituto Ame-ricano de Nueva York, el juez Meigsha leído una ponencia en la que seafirmaba: ‘El futuro conocerá ferroca-rriles que seguirán una recta ma-temática entre parada y parada, raí-les diez veces más robustos que losempleados hasta ahora, locomotorascon ruedas de un diámetro mucho ma-yor, digamos que de tres metros y me-dio a cuatro metros y medio; en vezde a ciento cincuenta kilómetros porhora, viajaremos, y con mayor segu-ridad, a cuatrocientos cincuenta kiló-metros por hora.’ Si el perímetro delas ruedas motrices fuera de 7 me-tros y medio (¡nada más y nada me-nos!), tendrían que girar a 1000 revo-luciones por minuto. Como las ruedasno dan vueltas sin vapor, la calderatendría que evaporar del orden de unatonelada de agua por minuto. ¿Cómoes posible evaporar esa cantidad devapor en la caldera de una locomo-tora en ese intervalo de tiempo?»

HACE

Consumo hasta la saturación, el temorde los economistas. 1954.

APUNTES

4 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre, 2004

El 26 de octubre, la nave espacial Cassini se acercará por primera vezmucho a Titán, la luna de Saturno adonde la sonda Huygens, transpor-

tada por Cassini, descenderá en enero. A los pocos días de que entrase enórbita alrededor de Saturno efectuó una primera aproximación al satélite,pero se quedó a 320.000 kilómetros de Titán. En este nuevo acercamientolo sobrevolará a sólo 1200 kilómetros de altura. Pero en sus tres primerosmeses en órbita, la nave ha logrado ya varios descubrimientos. Ha halladonuevas lunas de Saturno. Las dos primeras, anunciadas en agosto, se en-cuentran entre los satélites Mimas y Encélado, y su envergadura es sólo

tres y cuatro kilómetros. Puede que elVoyager ya vislumbrara una de ellas. Enseptiembre se anunciaba el hallazgo deun cuerpo, o quizá dos, a mil kilómetrosdel borde exterior del fino y peculiar ani-llo F, uno de los más externos. De tra-tarse de un satélite y no de una concen-tración ocasional de materia, sería elnúmero 34; mediría cuatro o cinco kiló-metros y distaría menos de 300 kilóme-tros de la órbita de la luna Pandora.Ahora bien, al intentar precisar su órbitacon nuevas imágenes, pareció que en-traba en el anillo F. Esto sería extraño,así que cabe dentro de lo posible que setratase de un segundo cuerpo. Al mismotiempo se descubría un débil anillo aso-ciado a la órbita de otra luna, Atlas. Seencuentra entre los anillos A y F; su an-cho es de 200 kilómetros y se ignora sirodea por completo a Saturno. Cassini hadetectado también un nuevo cinturón deradiación, sobre las nubes más altas delplaneta y el anillo D, y un halo luminosoque rodea a Titán, emitido por el metanoy el monóxido de carbono de su atmós-fera. Se esperaba verlo de día, excitadoslos gases por el Sol, pero ha sorprendido que resplandezca en el infrarrojo cer-cano durante la noche. Sorprendió también, fue uno de los primeros descubri-mientos nada más entrar en órbita, una abundancia mayor de oxígeno en elborde de los anillos. Se cree que es el remanente de una colisión ocurridaquizás en enero de este mismo año.

Imagen en falso color de los anillos querepresenta los datos recogidos en infrarro-jos por Cassini el 1 de julio en la parteno iluminada, pero proyectados sobre unafotografía de la iluminada que tomó antesde entrar en órbita. El rojo representa110 kelvin; el verde, 90; el azul, 70. Laspartes más opacas, el anillo A (a la dere-

cha, verde) y el B (azul), son más fríasque las regiones más transparentes, ladivisión de Cassini (línea roja junto a A) yel anillo C (rojo y amarillo), porque dejanpasar menos luz al interior.

Imagen en falso color de parte de losanillos, vistos en el ultravioleta. Elcolor turquesa indica mayor abundan-cia de partículas de hielo; el rojo, departículas, más finas, de �suciedad�.La gran franja turquesa es el anillo A;la fina línea roja hacia su exterior, laseparación de Encke. Como se ve,hay más hielo hacia el borde externo.Hacia el interior, tras el anillo A yantes del B, se encuentra la divisiónde Cassini, en rojo. Su abundante su-ciedad ha sorprendido. Recuerda almaterial de la luna Febe.

El número de seres humanos que sobrevivían hastala vejez se multiplicó por más de cuatro hará unos

30.000 años. Unos antropólogos han examinado másde 750 muestras dentarias fósiles de homínidos perte-necientes a un período de millones de años, desde losaustralopitecos hasta los humanos modernos primitivos,pasando por los neandertales. Por vejez entienden ha-ber llegado a una edad doble de la correspondiente ala madurez reproductiva (ésta suele coincidir con quesalgan los terceros molares, lo que ocurre de ordinario

en la adolescencia). Al calcular en los homínidos la pro-porción entre individuos viejos y jóvenes, descubrieronuna tendencia al aumento de longevidad a medida queascendían por el árbol evolutivo humano. En los huma-nos modernos, los adultos de más edad rebasaron ennúmero a los más jóvenes por primera vez. Puede queel aumento de longevidad haya sido fundamental parael desarrollo de la cultura humana, donde los ancianostransmiten los conocimientos y facilitan la soldadura desociedades complejas. —Charles Choi

PALEOANTROPOLOGIA

La vejez en la evolución humana

ASTRONOMIA

Alrededor de Saturno

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INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre, 2004 5

Las hormigas del desierto del Sahara defienden con ferocidad sus moradas, pero adiferencia de otros animales territoriales, lo hacen, al parecer, porque se lo orde-

na su propio sistema de navegación. En las cercanías de sus hormigueros, los miem-bros de Cataglyphis fortis recurren a amenazas, mordiscos y rociadas de ácido vene-noso contra los extraños. Pero cuando éstos se hallan a algo más de dos o tresmetros de los hormigueros, la agresividad se desvanece. Markus Knaden y RüdigerWehner, de la Universidad de Zúrich, enseñaron a las hormigas a acudir a comederos situados 20 metros al norte

de sus nidos. Las secuestraban justo cuando llegaban allá. Al soltarlas en uncampo a kilómetros de distancia, inmediatamente corrieron 20 metros hacia elsur, donde creían que se hallaban sus hormigueros. Las hormigas que consu-maban ese desplazamiento mostraban una probabilidad de iniciar una peleatres veces mayor que aquellas a las que se detenía tras haber recorrido sólocinco metros. Los investigadores conjeturan que un sistema de navegación in-

herente a las hormigas calcula dis-tancias y controla su voluntad delucha.

—Charles Choi

ENTOMOLOGIA

Nada como el hogar

La hormiga del desierto, Cataglyphis fortis,está presta a entrar en combate cuando sehalla cerca de su hormiguero.

Quizá las bebidas con edulcorantes artificiales puedan alterar lapercepción de la propia voracidad y, por tanto, no ayuden a

adelgazar. O al menos así ha ocurrido con unas ratas de laboratorio.Ante la posibilidad de elegir entre líquidos aromatizados de muchas ypocas calorías, las ratas se muestran ávidas de sustancias más caló-ricas. Unos investigadores de la Universidad de Purdue alimentaronratas con un líquido azucarado y otro endulzado con sacarina decero calorías; confundían así la capacidad de los animales de asociardulzor y calorías. Diez días después, tras probar un aperitivo de cho-colate, esas mismas ratas engulleron más alimento que otro grupo deratas de control que no habían probado nunca la sacarina. Asimismo,puede quebrarse el vínculo entre la viscosidad del alimento y la sa-ciedad: las ratas que recibieron un suplemento de chocolate líquidoganaron más peso que las ratas a las que se ofreció una golosina delas mismas calorías, parecida a un pudin.

—J. R. MinkelDulces confusiones: ¿Dificultadespara perder peso?

OBESIDAD

Anticalóricos, pero menos

Una nota de prensa del DIO —departamento delConsejo Superior de Investigaciones Científicas

de España patrocinado por la casa farmacéuticaPfizer— informaba en agosto de sus investigacionesacerca de la posible utilidad de las estatinas como fár-maco contra el virus del sida. Una de las primeras fra-ses del comunicado decía: “La terapia antirretroviral [...]no ha conseguido detener la expansión del VIH, sobretodo en países del Tercer Mundo con pocos recursoseconómicos. No obstante, el mayor problema [de esaterapia] no es el precio de los fármacos, que se ha re-ducido notablemente en los últimos años.” A finales de2003, por ejemplo, el precio de Combivir (AZT más la-mivudina) se rebajó a sólo 0,60 dólares por día paralos países más pobres; viene a ser lo que cuestan losgenéricos del fabricante indio Cipla.

El monto de administrar antirretrovirales a todos losque lo necesitan en algunas de esas naciones, queantes quizá superase su producto interior bruto, conel resultado de millones de muertos, ha debido de que-darse en algunas centésimas de su riqueza nacional.

Esta transferencia de fondos al primer mundo supon-dría, de todas formas, un esfuerzo decenas de vecesmayor, en términos relativos, que el que han de hacerlos países desarrollados para atender a sus propios en-fermos, con los precios originales aún vigentes entresus fronteras, o el que les llevaría cubrir las necesida-des de los países más pobres con los nuevos precios.ONUSIDA preveía, en julio de este año, que la diferen-cia entre los recursos necesarios para extender el trata-miento y lo que se recaudará no dejará de crecer a lolargo del decenio. Y no todo son reducciones de pre-cios. Se quintuplicó a finales del año pasado —sólo,eso sí, en EE.UU. y para seguros privados— el preciode Norvir, fármaco que ahora se usa para potenciar in-hibidores de la proteasa más recientes. Necesitan nue-vos antirretrovirales quienes no responden a los yaexistentes. En 2003 se aprobaba Fuzeon, el primer inhi-bidor de la fusión del VIH (impide la entrada del virusen la célula). Su precio, 52 euros por día, ha causadoconsternación. Algunos programas públicos de EE.UU.no lo costean.

SIDA

¿El dinero no es el problema?

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Durante milenios, los agricultores se han de-dicado a trabajar sus tierras y mirar alcielo a la espera de un tiempo que favo-reciera la cosecha. Cuando encontraban plan-tas que crecían sin problemas incluso enentornos adversos, resultaban especialmente

prolíficas o resistentes a las enfermedades que arrasa-ban las cosechas vecinas, trataban de capturar sus pre-ciados atributos mediante cruzamientos que daban lu-gar a nuevas plantas. Se trataba de un proceso simple,a cara o cruz. Carentes de los conocimientos y técni-cas que se requieren para examinar el genoma de lasplantas e identificar el origen de tales rasgos, debíanconformarse con mezclar, emparejar y esperar fortuna.

A pesar de su aleatoriedad intrínseca, el métodoconsiguió resultados notables. El desarrollo de la agri-cultura, que empezó hace unos 10.000 años, cuandonuestros antepasados cazadores-recolectores se asenta-ron, propició una explosión demográfica. En la actua-lidad, la población humana continúa creciendo y de-manda un incremento continuo de la producción agraria.

Con todo, el 99 por ciento de la producción dependesólo de 24 especies vegetales domesticadas. De ellas,el arroz, el trigo y el maíz representan la mayor partede la ingesta calórica mundial. Cada uno de esos tresdestacados cereales se produce hoy en cantidades queexceden los quinientos millones de toneladas anuales.Para seguir alimentando a todos los habitantes del pla-neta, que en 2050 se calcula que alcanzarán los nuevemil millones, y suponiendo el consumo medio actual

de entre 0,4 y 1,5 kg de cereales por persona y día,la producción de estas gramíneas deberá mantener uncrecimiento anual del 1,5 por ciento; y ello, en unasuperficie cultivable cada vez más reducida.

Los expertos estiman que la productividad de loscereales todavía no ha alcanzado su máximo. Existe,pues, un gran interés en hacer realidad ese incrementopotencial y superar así los límites de la producción ac-tual. El conocimiento más pleno de los genomas delos tres cultivos principales revela que algunas de lasclaves que permitirán avanzar en este camino puedenhallarse en las especies que los originaron.

Origen de los cultivos modernosSegún estudios moleculares y genéticos, el trigo, elarroz y el maíz, así como la cebada, el mijo, el sorgoy otras gramíneas, están más emparentados de lo quese creía. Ello significa que el avance en una de estasespecies habrá de ayudar a comprender y, por tanto,mejorar las otras. Constituye también una fuente deposibles mejoras el acervo génico de los antepasadossilvestres de nuestros cultivos, pues sus caracteres deinterés agronómico pueden trasladarse, por hibridación,a las variedades modernas.

Aunque los cereales cultivados descienden de unaplanta ancestral común, divergieron entre sí hace en-tre 50 y 70 millones de años, colonizando regiones es-pecíficas. Se admite que fueron los agricultores delCreciente Fértil mediterráneo los primeros en domes-ticar, hace unos 10.000 años, el trigo. En el territorio

Mejora genéticade cerealesLa comparación de los genomas de los principales cultivos de cereales,

junto con la mejora asistida por marcadores moleculares,

abren el camino hacia una nueva revolución verde

Stephen A. Goff y John M. Salmeron

6 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre, 2004

INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre, 2004 7

1. PLANTULAS DE ARROZ. Su ADN se analiza en buscade los genes responsables de los caracteres de interésagronómico.

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que hoy corresponde a México, loscampesinos habrían empezado a cul-tivar, un milenio más tarde, un an-tepasado del maíz moderno. Los chi-nos, por su parte, domesticaron elarroz hace más de 8000 años.

A medida que nuestros antepasa-dos domesticaban esas plantas, fue-ron creando los cultivos que cono-cemos en la actualidad. Su métodoera muy similar a la mejora vege-tal moderna. A partir de las varie-dades silvestres, propagaron de formaselectiva y cruzaron entre sí indi-viduos con un mayor tamaño de gra-nos, con espigas mayores o con otrosrasgos deseables. Las plantas queno dispersaban sus semillas, porejemplo, también revestían interés,pues, si bien requerían la interven-ción humana para propagarse, re-coger su grano resultaba más fácil.Los primeros agricultores tambiénseleccionaban las plantas por suscualidades nutritivas; pensemos enlos granos con un epicarpio fino quepermitía su consumo o las varieda-des de maíz cuyo almidón ofrecíasuficiente consistencia para hacertortillas. De esta forma, las plantascultivadas se fueron diferenciandode sus progenitoras. Terminaron pordejar de cruzarse con sus versionessilvestres. El maíz llegó a divergirtanto de su antepasado, el teosinte,que el parentesco entre estas dos es-pecies se puso en tela de juicio hastafecha reciente.

Esta modificación de los cerea-les mediante propagación selectivay reproducción cruzada, iniciadaen la prehistoria, no se detuvo. A lolargo de los últimos cien años, seha venido seleccionando las plan-tas con el fin de aumentar el tamañode las espigas, portadoras de semi-llas, y así incrementar la produc-ción. Pero el viento dobla fácilmente

el tallo de plantas con espigas po-derosas. Hubo, pues, que cruzarlascon razas de tallo corto y así evi-tar el encamado. Se logró aumen-tar la resistencia a enfermedades,la tolerancia al estrés ambiental yuna utilización más eficaz de losabonos nitrogenados; con ello, semultiplicó el rendimiento y la cali-dad. Fue ésta la revolución verdede los años sesenta del siglo pasado.Por citar un ejemplo paradigmáti-co, desde 1950 la producción mediade maíz en los EE.UU. ha aumen-tado en torno al 400 por ciento.

Pero incluso durante este períodode auge, el método que utilizabanlos expertos en mejora vegetal di-

fería poco del de los primeros agri-cultores. En su mayoría, limitabansu atención al tamaño del grano, laarquitectura de la planta u otros ras-gos visibles, con objeto de selec-cionar las líneas que después pro-pagarían.

Pese a su técnica rudimentaria,los agricultores prehistóricos fueronlos responsables, sin saberlo, de unaselección génica. Así lo indican losestudios de los genomas de los ce-reales cultivados. El grupo dirigidopor Svante Pääbo, del Instituto MaxPlanck de Antropología Evolutivaen Leipzig, examinó los alelos (oversiones) de algunos genes en ma-zorcas de maíz halladas en México,en enclaves próximos al origen dela domesticación de esta planta. Atenor de los resultados, hace unos4400 años el maíz domesticado yacontaba con alelos que controlabanel patrón de ramificación de la planta,así como la calidad de las proteí-nas y del almidón; genes éstos quehoy se encuentran en todas las va-riedades de esta gramínea. En cam-bio, en el pariente silvestre del maíz,el teosinte, estos alelos están pre-sentes en sólo del 7 al 36 por cientode las plantas. Ello indica que la

8 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre, 2004

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2. EL MAIZ MODERNO Y EL TEOSINTE, su antepasado, discrepan tanto en sumorfología (ilustraciones), que su parentesco se cuestionó hasta que las pruebas genéti-cas lo confirmaron. Mediante la multiplicación selectiva de las variedades portadoras delas características deseadas, los campesinos de la antigüedad que habitaban en el actualMéxico favorecieron, sin saberlo, alelos que controlan el patrón de ramificación, la es-tructura del grano y otros atributos de la planta. Hace unos 4400 años, la dura vainadel teosinte (fotografía de la izquierda) desapareció. Las mazorcas de maíz de aspectocarnoso (fotografía de la derecha) contaban ya con los alelos que hoy controlan el depó-sito de proteína y la calidad del almidón en todas las variedades cultivadas.

Teosinte Maíz domesticado Teosinte Maíz cultivado primitivo

Resumen/El acervo génico de los cereales■ La comparación de los genomas de los principales cultivos de cerea-

les muestra el estrecho parentesco entre estas plantas. Tan limitadadiversidad genética deriva de la domesticación que llevaron a cabo loscampesinos de la prehistoria.

■ Los alelos responsables de caracteres de interés agronómico se bus-can en cultivos modernos, así como en sus parientes silvestres, me-diante la identificación de las funciones de los mismos.

■ El gen identificado opera entonces como marcador molecular. Merceda esta técnica, los cruzamientos tradicionales podrían acelerarse y ga-nar en precisión.

presión de selección que ejercieronlos primeros agricultores fue rá-pida y de gran alcance.

De hecho, pese a trabajar de formaindependiente con diferentes espe-cies de cultivos, los actuales pro-gramas de mejora vegetal han es-tado seleccionando (también sinadvertirlo) mutaciones en genes si-milares. La cartografía génica —queacota la localización probable delgen responsable de un determinadocarácter en una región cromosómica,o locus— ha mostrado que muchasde las alteraciones que los huma-nos han provocado en los cerealesmodernos se hallan en loci simila-res en los genomas de plantas cul-tivadas emparentadas. Tal coinci-dencia se explica por las estructurasde los genomas de estos cereales,que, a pesar de los millones de añosde evolución independiente, evi-dencian una estrecha semejanza.

Cosecha de genomasPertenecientes a diversos cerealesdomésticos se han cartografiado yavarios miles de loci responsables decaracteres de interés agronómico. Po-nen de manifiesto un notable gradode conservación de la estructuragenómica de ese grupo de plantas.Debido a la elevada corresponden-cia del orden génico, o sintenia, todasestas gramíneas se adscriben a unsolo sistema genético; ello signi-fica que cualquier descubrimientorelacionado con los genes o su fun-ción en uno de tales cereales faci-litará el conocimiento y mejora delresto.

El genoma del arroz (Oryza sa-tiva) será el primero en secuenciarsepor completo. Podría, pues, consti-tuir la principal fuente de nuevoshallazgos. Uno de los autores (Goff)ha publicado ya un borrador de lasecuencia de la subespecie japo-nica del arroz, la más cultivada enJapón y los EE.UU. Investigadoreschinos han elaborado un borradorde la subespecie indica, la más cul-tivada en Asia. Se espera, por otraparte, que el Proyecto Internacionalde Secuenciación del Genoma delArroz complete una secuencia de-tallada de los 12 cromosomas delarroz a finales del presente año.

El genoma del arroz resulta el másfácil de abordar merced a su tamaño,mucho menor que el de los otros

cereales: su ADN consta de sólo430 millones de pares de nucleó-tidos. El del maíz (igual que elhumano), en cambio, cuenta con3000 millones de pares de bases, elde la cebada con 5000 millones yel del trigo 16.000 millones. Se tra-baja ya en la secuenciación del ge-noma del maíz; y se proyecta aco-meter la del trigo. En el caso delarroz, ya se han identificado dece-nas de miles de genes. Sin embargo,saber que un segmento de genomacorresponde a un gen nada nos diceacerca de la función del mismo.

Existen varios métodos para de-terminar la función de un gen. Elmás directo consiste en buscar coin-cidencias en las bases de datos quealmacenan las secuencias de todoslos genes conocidos. Cuando elgen que se pretende identificar esresponsable de alguna actividad ce-lular básica —lo que sucede confrecuencia— se encuentra un gencasi idéntico, u homólogo, en mi-croorganismos o en organismos yaestudiados. Ello ocurre, por ejem-plo, en 20.000 de los 30.000 a50.000 genes del arroz; el conoci-miento de la función que dichos ge-nes cumplen en otros organismosnos faculta para predecir su misiónen el arroz.

Se estima que más de mil genesintervienen en la defensa del arrozcontra patógenos y plagas. Cientosde genes se han asignado a rutasmetabólicas que conducen a la sín-tesis de vitaminas, carbohidratos, lí-pidos, proteínas u otros nutrientes.A partir de datos experimentales ex-traídos de la investigación con Ara-bidopsis y otras plantas, tambiénse han identificado numerosos ge-nes que regulan estas vías biosin-téticas o que se hallan implicadosen la floración y embriogénesis.

Y eso no es todo. Mediante mi-cromatrices, se ha conseguido ca-talogar los genes que se expresanen distintos tejidos cereales. En nues-tra compañía (Syngenta), por ejem-plo, tras examinar 21.000 genes delarroz, se han identificado 269 quese expresan durante el desarrollo delgrano. Ello sugiere que dichos ge-nes son responsables de la consti-tución nutricional del grano maduro.

Existe otro método para determi-nar la función de un gen. Se buscasilenciarlo, mediante la inserción deuna mutación que interrumpe suactividad, para observar luego quéle ocurre a la planta. Pero el efectono siempre resulta visible. En oca-siones, la planta modificada debeexaminarse en busca de alteracio-

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CARACTERES DE INTERESLos caracteres de interés agronómico se agrupan en cuatro categorías: creci-miento, arquitectura de la planta, tolerancia al estrés y contenido nutricional.El incremento de la cosecha —el objetivo más anhelado en agricultura— puedelograrse mediante el aumento del tamaño o el número de granos que producecada planta, del número de plantas que pueden crecer en un espacio determi-nado, o mediante el reforzamiento de la tolerancia del cultivo a condicionesadversas.

CrecimientoTamaño o número de granos Tamaño de la espiga

o mazorcaVelocidad de maduración

ArquitecturaAlturaRamificaciónFloración

Tolerancia al estrésSequíaPlagasEnfermedadesHerbicidasFertilización intensiva

ContenidonutricionalAlmidónProteínasLípidosVitaminas

nes (más sutiles) en cualquiera desus funciones normales, sean éstasfisiológicas, del desarrollo, de re-gulación interna o bioquímicas. Lainvestigación realizada por la in-dustria privada y por institucionespúblicas ha creado colecciones deplantas de arroz y maíz mutantes,en las que se han silenciado milesde genes. Merced a estos estudiosgenómicos funcionales y a las com-paraciones de secuencias génicasentre especies, se empieza a perfi-lar el número y la identidad de losgenes del arroz —y, por extensión,del maíz, el trigo, el sorgo y otroscereales—, responsables del desarro-llo, fisiología, metabolismo y ren-dimiento de la planta.

Pero determinar la función de ungen no constituye la última etapadel proceso de mejora. Debe opti-mizarse. ¿Cómo? Buscando un alelosuperior. En el caso de un gen quecontrola la acumulación de almidónen el grano de maíz, por ejemplo,buscaremos una versión del genque opere en condiciones de sequíaextrema. Aunque tales alelos podríanhallarse en otras variedades moder-nas de maíz cultivado, las probabi-lidades de encontrarlos aumentansi buscamos en sus parientes sil-vestres. La homogeneidad génica en-tre los cultivos modernos constituyeuna consecuencia adversa de la formaen que nuestros antepasados las do-mesticaron. Se estima que la po-blación que originó el maíz modernose reducía a sólo unas 20 plantas.Mediante la selección de unos po-cos individuos, que propagaron ycruzaron entre sí durante milenios,los campesinos de la prehistoria li-mitaron de una forma sumamenterestrictiva la diversidad genética delas especies domésticas.

A partir de experimentos con plan-tas de tomate y de maíz, StevenTanksley y Susan R. McCouch, dela Universidad de Cornell, han lo-grado los primeros éxitos en labúsqueda de alelos silvestres quepodrían mejorar las cosechas. Consu trabajo han puesto de manifiestola diversidad genética de los pa-rientes silvestres, así como la difi-cultad de detectar su valioso po-tencial. En un experimento llevadoa cabo a mediados de los años no-venta, Tanksley cruzó una varie-dad silvestre de tomate verde pe-

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Desconocido

DesarrolloRendimiento energético

Actividad de membranasMetabolismo

Otras

Síntesisde proteínas

Muerte celularo defensa

Crecimientoo sostenimiento celular

Transcripcióno replicación del ADN

Comunicación celular

Micromatriz

Mutante

Nuevo genBase de datos Gen similar

Normal

BASES DE DATOS

PERFIL DE EXPRESION

BIBLIOTECA DE MUTANTES

Mutaciónsilenciadora

Sonda

SL

IM F

ILM

S

COMO AVERIGUAR LA FUNCION DE UN GENLAS MISMAS TECNICAS que se utilizan para encontrar los genes responsa-bles de enfermedades humanas sirven también para identificar los genes quecontrolan los caracteres vegetales. La cartografía génica acota la localizaciónprobable de un gen en una región cromosómica; la secuenciación del ADNde ese segmento afina aún más la búsqueda. La función del gen se deter-mina luego mediante cualquiera de las siguientes técnicas.

En las bases de datos que almacenan las secuencias de los genes ya conocidos,se busca una secuencia parecida a la del nuevo gen. Se obtiene así un indicio dela función del mismo. En el caso del arroz, de sus 30.000 a 50.000 genes estimados,20.000 guardan una estrecha semejanza con genes ya estudiados en otros organis-mos; se les suponen las mismas funciones.

Los mutantes revelan la función de un gen, pues permiten observar qué ocurre cuandoéste no se expresa. Para silenciar el gen en cuestión, se le inserta un pequeño frag-mento de ADN durante el desarrollo de la planta. Se examina luego el pie mutante enbusca de alteraciones físicas o químicas (respecto a las plantas normales), que ofrez-can pistas sobre la función del gen.

FUNCIONES DE LOS GENES DEL ARROZMediante las técnicas aquí descritas se han estimado las funciones de unanotable fracción de genes del arroz.

Los perfiles de expresión muestran cuándo y dónde se activa un gen en un organismo;información ésta útil para determinar la función del gen. Una micromatriz alberga milesde sondas, o fragmentos, de ADN. Cada sonda se aparea con una signatura de la ac-tividad de un gen, un ARN mensajero (ARNm). Cuando las muestras de tejido vegetalpasan por la micromatriz, cualquier ARNm presente se une a su sonda complementa-ria, que emite luz. Si un gen se expresa sólo durante el desarrollo del grano, porejemplo, se da por hecho que interviene en dicho proceso.