Cuando los rayos cósmicos llegan a la atmósfera superior envían partículas de alta energía, como por ejemplo neutrones, hacia la superficie del planeta. Así que una cuestión interesante es saber cómo influyen estos neutrones a todo lo que existe a nivel del suelo.
Los investigadores saben desde hace tiempo que los neutrones de alta energía pueden estrellarse contra los núcleos atómicos y provocar todo tipo de daños en la estructura de los materiales. Este es uno de los motivos por los que se producen errores en la memoria de los ordenadores.
De hecho, en 2004 un grupo de investigadores de IBM midió el flujo de neutrones procedentes de colisiones de rayos cósmicos y utilizó los resultados para predecir la tasa de error en la memoria de ordenadores y otros dispositivos lógicos electrónicos. Sus predicciones coincidieron muy de cerca con la tasa de error observada, lo que sugiere que los neutrones son de hecho una fuente importante de problemas en la informática.
Ese hallazgo ha capturado la imaginación de Augusto González en el Instituto de Cibe ética, Matemática y Física en La Habana (Cuba). Si la radiación de fondo de neutrones puede provocar errores en los circuitos de ordenador, entonces debería tener un efecto igualmente destructivo en otro sistema de procesamiento de información mucho más común: la vida.
Los biólogos evolutivos saben desde hace mucho tiempo que las mutaciones espontáneas se producen a un ritmo que tiene una influencia crucial sobre la naturaleza de la evolución. Pero nunca se ha sabido exactamente qué provoca la mutación espontánea.
Ahora González señala que el mismo enfoque que utilizaron los investigadores de IBM para predecir errores en la memoria de ordenadores también explica la tasa de mutaciones espontáneas en seres vivos.
González basa su trabajo en un fascinante experimento que lleva en curso desde 1988 y está realizado por Richard Lenski y su equipo en la Universidad Estatal de Michigan (EEUU). El equipo ha estado cultivando la bacteria E. coli desde entonces y ha hecho un seguimiento de las mutaciones que se producen entre generaciones.
Cada día se toma una pequeña cantidad de bacterias del cultivo y se deja crecer en una nueva placa de glucosa a lo largo del día siguiente. Las bacterias se reproducen hasta que se agota la glucosa, por lo general al cabo de ocho horas o menos. Una pequeña cantidad de bacterias se toma de esa placa y se deja crecer en una nueva, y así sucesivamente.
Desde 1988, el equipo ha observado cómo han evolucionado las bacterias durante más de 60.000 generaciones. Y han descubierto que el número de mutaciones puntuales en las bacterias después de 20.000 generaciones es de unos 300 millones. Esto equivale a una tasa de aproximadamente una por segundo.
La cuestión que intenta responder González es si esta tasa de mutación se puede explicar mediante la radiación de fondo de neutrones. Para ello ha creado un modelo matemático del medio ambiente en el que crecen las bacterias, que es esencialmente agua.
Calcula que un neutrón de alta energía podría entrar en el agua en una muestra bacteriana alrededor de una vez cada 125 segundos. Este neutrón de alta energía transferiría su energía a las moléculas de agua y crearía un rastro de iones relativamente corto. Afirma que un solo neutrón generaría unos 300 iones a lo largo de un rastro de aproximadamente 100 nanómetros y alrededor de 30 iones a una distancia de 0,1 milímetros.
"Las bacterias afectadas por esta lluvia de iones podrían ser destruidas o sufrir un daño permanente, sobre todo en su ADN, que después podría ser heredado por los descendientes", señala.
La cuestión, entonces, es saber con qué frecuencia se produce este fenómeno. Él calcula que la tasa es coherente con la frecuencia de mutaciones deletéreas medidas en los experimentos de Lenski. "De esta manera, estamos indicando el origen probable de una clase de 'mutaciones' espontáneas", afirma.
Por supuesto, González señala una correlación entre la radiación de fondo de neutrones y la tasa de mutaciones deletéreas observada en la E. coli. Eso es sólo una parte de lo que se requiere para la confirmación científica.
Lo que se necesita a continuación es un buen trabajo experimental a la antigua usanza, que confirme la correlación. Y González nos explica cómo poder hacerlo con un experimento simple, al menos en principio. Sólo hay que repetir el experimento de evolución a largo plazo de Lenski pero con dos poblaciones de bacterias, y proteger a una de ellas de la radiación de fondo de neutrones. "Los cultivos protegidos deberían exhibir tasas mucho más bajas de mutaciones deletéreas", señala.
Esto se dice pronto. El trabajo de Lenski le ha llevado décadas, pero cualquiera que cuente con algo de tiempo podría intentar la idea de González.
Otra implicación de este trabajo es que la radiación de fondo de neutrones podría ser un importante factor de inicio de cáncer en animales superiores, como por ejemplo los seres humanos. Eso tiene sentido, pero tendremos que mirarlo con más detalle ya que existen otras fuentes de mutaciones espontáneas que también podrían ser responsables. Por ejemplo está la inhalación de elementos radiactivos como el radón y probablemente otros procesos químicos capaces de alterar el ADN y sus mecanismos de reparación.
Es un trabajo interesante y otro pequeño paso hacia una mejor comprensión del origen de las mutaciones en la evolución.
Ref: arxiv.org/abs/1406.6641: Mutagenesis and Background Neutron Radiation