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Doctor en Ciencias con mención en Biología / En esta tesis se presentan los resultados obtenidos utilizando un nuevo método paleoecológico diseñado específicamente para las regiones áridas del mundo: las paleomadrigueras de roedores. Estas madrigueras milenarias constituyen un verdadero archivo de cambio biológico y climático del paisaje del norte de Chile. En el primer capítulo de esta tesis se presentan los resultados de ocho transectos altitudinales, realizados en el norte de Chile entre 18° y 26° de latitud sur. Esto permite aclarar cuales son los controles climáticos actuales sobre la vegetación y su uso como análogo moderno. El segundo capítulo entrega los detalles del primer estudio chileno de paleomadrigueras, realizado sobre 49 muestras provenientes de la Segunda Región de Chile. Los resultados obtenidos indican que, para los últimos 45.000 años, la vegetación invadió amplias extensiones del desierto absoluto durante períodos breves de incremento de lluvia estival, entre 13.800-9500 y 7000-3000 años calendario atrás. El último capítulo aporta nuevos antecedentes obtenidos de 44 paleomadrigueras encontradas en la Cordillera Domeyko de la Segunda Región, entre 3100 y 3400 m de altitud. Las muestras detallan con precisión las fases húmedas descritas previamente. Los resultados obtenidos de ambos estudios discrepan de que es la insolación directa sobre Sudamérica lo que ha regulado la intensidad pasada de la circulación atmosférica sobre el Altiplano durante los últimos 22 mil años. En cambio, se propone que la circulación sobre los Andes Centrales, hoy en parte regulada por El Niño-Oscilación del Sur, fue afectada preferentemente por cambios en las temperaturas superficiales del Océano Pacífico tropical asociados a factores extra-regionales. / This thesis presents the results obtained from a new paleoecological method specifically designed for use in the arid regions of the world. Known as rodent middens, these constitute veritable archives of past biological and climatic change of the Atacama Desert of northern Chile. The first chapter of this thesis presents the results obtained from eight altitudinal surveys performed in northern Chile between 18° and 26° latitude south. The results from this study afford the basic modern analogue for interpreting the midden records and also provide considerable insight into what climatic controls affect plant distributions in the Atacama Desert today. In the second chapter I present the results from 49 middens collected from Chile’s Second Region, the first such study in all of Chile. Results indicate that plants invaded considerable expansions of the desert for brief periods of increased summer rainfall during the past 45,000 years, radiocarbon dated between 13,800-9500 and 7000-3000 calendar years ago. The final chapter presents the results obtained from 44 rodent middens collected from the prepuna vegetation belt, between 3100-3400 m in elevation. The results from this study replicate and enhance our dating of the wet phases previously described. Results from both midden studies reject local insolation over South America as a major forcing factor of the intensity of atmospheric circulation over the central Andes for the past 22,000 years. This system today is partly affected by El Niño-Southern Oscillation, and we propose that sea surface temperatures changes of the tropical Pacific Ocean associated with extra-regional factors, are chiefly responsible for climate change over the central Andes.

Oct-4 es un factor de transcripción involucrado en el establecimiento de la pluripotencialidad celular. Se expresa en las líneas celulares pluripotentes, en las células de carcinoma embrionario (EC por sus siglas en inglés embryonal carcinomal cells), en las células tallo (ES por sus siglas en inglés embryonic stem cells) y en las células germinales embrionarias (EG por sus siglas en inglés embryonic germ cells).  Hasta el estadio de mórula, Oct-4 se expresa en el núcleo de todas las células y después de la implantación se expresa en el epiblasto. Conforme avanza la gastrulación, la expresión disminuye gradualmente a partir de la región anterior del embrión y al término del desarrollo embrionario su expresión está confinada solo a las células germinales primordiales. Dependiendo de los niveles de expresión de Oct4, las células se diferencian. Cuando el nivel se eleva por arriba de lo normal diferencian a endodermo primitivo y si disminuye se diferencian en trofoectodermo. En el presente trabajo se analizó la proliferación celular inducida por la sobre-expresión generalizada de Oct-4. / (cont.) Nos enfocamos en la región del mesodermo presomítico que da lugar a las somitas, que al diferenciarse generan los huesos y cartílago de vértebras y costillas, músculo esquelético de la espalda, de la pared corporal y las extremidades. Para este análisis utilizamos ratones transgénicos que integran en su genoma distintos transgenes, que al expresarse resultan en la activación generalizada del gen Oct4 en todo el embrión. Estos embriones transgénicos se denominan tgo7. Nuestros resultados muestran que no existe una diferencia significativa en la proliferación celular entre los embriones transgénicos y los silvestres. Por ello se sugiere que podría haber una migración celular defectuosa en los embriones tgO7, la cual generaría una acumulación celular excesiva, provocando así un aumento en el tamaño de la parte caudal de los embriones transgénicos. .

México es considerado el centro biológico de diversidad de encinos en el continente Americano contando con 161 especies de Quercus (Fagaceae) de los cuales 109 son endémicos. La herbivoría o consumo de plantas realizado por animales puede verse afectada por diversos factores como la cantidad de luz, la forma de herbivoría y el borde, entre otros. El efecto de borde representa los cambios en la distribución de una variable como consecuencia de la transición entre dos habitats. El estudio de este fenomeno resulta importante dado que la fragmentación que sufren hoy en día los ecosistemas incrementa el área de borde y expone al bosque de encinos a los efectos positivos o negativos que pueda representar. El presente estudio pretende determinar el impacto de la herbivoría ocasionada por insectos sobre el bosque de encinos dado el borde Quercus-Euclayptus presente en el parque estatal Flor del Bosque. Para esto, elegimos 3 sitios dentro de la zona de estudio con 3 cuadrantes en el gradiente de perturbación: perturbado o borde (0m), intermedio (30m) y conservado o interior (60m). / (cont.) En cada uno eligimos por sorteo 10 arboles tomando mensualmente de febrero a octubre 2010 45 hojas sobre las que se cuatificamos el porcentaje de herbivoría y contabilizamos el número de minas y agallas sobre su superficie. También realizamos un muestreo de oportunidad de morfoespecies de orugas y colocamos mensualmente de marzo a octubre 2010 un total de 5 trampas de tronco en cada cuadrante. Separamos por morfoespecies a los invertebrados encontrados. Los datos se analizaron por medio de medidas repetidas tomando como factores la distancia el sitio y el mes asi como sus interacciones. Para la herbivoría externa todos sus fatores e interacciones resultaron significativos encontrando mayor nivel de herbivoría en el interior del bosque. Respecto al tiempo, la herbivoría aumenta conforme transcurren los meses siendo mayor de Agosto a Octubre y en Febrero. La herbivoría interna indica que la distribución de minas presenta mayor número de ocurrencias hacia el interior del borde mientras que las agallas presentan el caso opuesto. Encontramos 127 morfoespecies de invertebrados en las trampas de tronco con mayor abundancia en el borde y hacia los meses de septiembre y octubre. / (cont.) En cuanto a las larvas de lepidóptera, encontramos 26 morfoespecies alimantandose de encinos. El borde Quercus-Eucalipto influencía negativamente a las especies de encinos, causando menores niveles de herbivoría en el borde que en el interior del bosque. Es importante continuar el monitoreo de la zona y realizar campañas de reforestación.

It is important to understand how B. subtilis grows in harsh conditions to demonstrate the probability of microbial growth in low O2 conditions, even in anoxia and low atmospheric pressure. In this study we used three strains of B.subtilis where two expressed the gene vgb of Vitreoscilla stercoraria using plasmids pUB110::sspE::vgb (multicopy), pTrp::vgb (with one integrative copy) which affects the growth of B . subtilis and a third one wild-type. Strains were inoculated in nephelometric flasks with 2xYT medium. Bacterial growth of the three strains of B.subtilis was measured by the absorbance values obtained from a SPECTRONIC 20D + spectrophotometer (Milton Roy) at 37 ° C in five conditions: aerobic, microaerophilic, vacuum, anaerobiosis and anaerobiosis + vacuum. The strains grew in all different conditions however, the best growth was observed from the aerobic and microaerophilic conditions. The strain with plasmid pUB110:: sspE::vgb (multicopy) increased in greater proportion in the vacuum conditions and in anaerobiosis. The wild type strain with the plasmid pUB110:: sspE::vgb had a better growth with less lag phase in the absence of oxygen. / (cont.) However, the strain with the plasmid pTrp: vgb grew poorly, probably due to fact that when this plasmid becomes integrated in the bacterial chromosome, disrupts the gene for starch utilization, affecting in some way growth and development. Growth rate (k), generation time (g) and statistics analysis where corroborated in the logarithmic phase of each bacterial growth curve. We conclude that since B.subtilis can growth under extreme environmental situations, including anoxic conditions, could offer the possibility to be used as a starter to colonize neighbor planets in our solar system with low atmospheric pressures provided that necessary nutrients are provided. Additionally, recent evidence of water in Mars suggests that this could be a possibility in the next decades. .

Hoy en día no es difícil encontrar asentimiento a la afirmación que sostiene que Charles Darwin fue un gigante del pensamiento, que protagonizó una de las más importantes revoluciones científicas. Su obra no sólo ensancho los horizontes de la ciencia, sino que fue mucho más allá: transformó nuestra visión del mundo y, al mismo tiempo, de nosotros mismos y del lugar que ocupamos en el universo. En este punto, los historiadores y los filósofos de la ciencia están seguramente de acuerdo. Sin embargo, cuando se trata de reconstruir el proceso de gestación de su teoría evolucionista en el contexto de lo que se ha llamado la “reconstrucción racional” de la ciencia, empiezan las discrepancias.

Doctor en ciencias con mención en Biología / El canal de calcio/receptor de ryanodina permite que el calcio contenido en el retículo sarcoplasmático (RS) sea liberado hacia el mioplasma. Múltiples componentes celulares regulan la actividad de este canal de calcio, entre los que se distinguen: Ca 2+ , Mg 2+ , H + , ATP 2- , calcio luminal, agentes que reaccionan con grupos SH, entre otros. Por otra parte, existen evidencias que sugieren que calsecuestrina, una proteína del lumen del RS, estaría regulando la cinética de liberación de calcio. Originalmente, a esta proteína se le atribuyó un papel de tampón de calcio, lo que permite acumular grandes cantidades de este ion al interior del RS. Es importante establecer la cinética de disociación del calcio desde la calsecuestrina para investigar si es una etapa limitante de la liberación de calcio. En esta tesis se caracterizó la participación de Mg 2+ , de calsecuestrina y del estado redox de proteínas, en la cinética de liberación de calcio inducida por cafeína. Se utilizó una preparación de vesículas aisladas de RS de músculo esquelético de conejo y se midió la liberación de calcio siguiendo la señal de indicadores fluorescentes de calcio. Cafeína indujo liberación transitoria y parcial de calcio en el intervalo de [Mg 2+ ] libre 0,05 - 2,5 mM. En vesículas nativas, en [Mg 2+ ] 0,1 - 0,5 mM este primer evento de liberación fue seguido por oscilaciones de calcio. En ausencia de cafeína se observaron oscilaciones espontáneas de calcio. La magnitud y la duración del primer evento de liberación inducido por cafeína disminuyeron con el aumento de [Mg 2+ ]. Al oxidar las vesículas, aumentó la duración del primer evento de liberación en todas las concentraciones de Mg 2+ probadas. Lo inverso ocurrió al reducir las vesículas. El patrón oscilatorio también se modificó al tratar las vesículas con los reactivos redox. Se sabe que estos reactivos modifican la afinidad del sitio inhibitorio para Mg 2+ . Estos resultados indican que las vesículas de RS poseen todos los elementos requeridos para la generación de oscilaciones de calcio, que previamente habían sido observadas sólo en células y en fibras musculares. Además, los resultados indican que la liberación de calcio inducida por cafeína está directamente regulada por [Mg 2+ ] libre y que al modificar el(los) sitio(s) inhibitorio(s) para Mg 2+ , cambia marcadamente la respuesta a cafeína. En vesículas sin calsecuestrina disminuyó la cantidad de calcio acumulada tanto en forma pasiva como en forma activa. El calcio acumulado fue liberable por agonistas del canal de ryanodina. La liberación de calcio presentó una constante de velocidad de liberación menor que en vesículas control. También se redujo la duración de la liberación neta de calcio. No se observaron oscilaciones de calcio en vesículas sin calsecuestrina. Esta proteína fue fundamental no sólo para que las vesículas acumularan grandes cantidades de calcio sino que también para su posterior liberación con una cinética rápida acorde con las exigencias del músculo esquelético. Estudios cinéticos de la disociación del calcio unido a calsecuestrina indican que la disociación del calcio desde calsecuestrina en solución o asociada a membranas fue más rápida que los cambios de fluorescencia intrínseca asociados. Se utilizó una preparación de membranas de la zona de unión del RS al túbulo transversal. Estas membranas son denominadas JFM, del inglés j unctional f ace m embranes . En las JFM, la disociación de calcio y el cambio de fluorescencia intrínseca fueron más rápidos que en calsecuestrina en solución. El t 1/2 de la disociación de calcio en JFM fue de 6,5 mseg a 25 #C. Es probable que a 37 #C, la disociación de calcio sea aun más rápida. Estos resultados sugieren que la disociación de calcio desde calsecuestrina in vivo no es limitante de la velocidad de liberación de calcio desde el RS.

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Nuevos tipos de biosensores.

Doctor en Ciencias con mención en Biología Molecular, Celular y Neurociencias / Copper is an essential micronutrient for life, it is required by a wide range of species, from bacteria to yeast, plant and humans. Copper essentiality is based in the capacity of the metal to be an intermediary in the transfer of electrons; thus, redox active enzymes that participate in physiological process like cellular respiration, iron transport and metabolism, and neurotransmitter synthesis utilize it. On the other hand, as a consequence of its redox properties, copper is potentially toxic to membranes, DNA and proteins through a Fenton´s type reaction. To prevent excess or deficit, living organisms have developed mechanisms that regulate copper in plasma and tissue stores, through specialized tissues such as intestinal mucosa and hepatic tissue. A number of molecules at a cellular level regulate the uptake, efflux, storage and utilization of the metal. The evidence indicates that copper handling is tightly regulated, thus, under normal conditions it is almost impossible to find a free copper ion inside the cell. Metallothioneins (MTs) are proteins involved in the regulation of intracellular copper metabolism. MTs are found in all eukaryots as well as some prokaryots; the structure is highly conserved across species. Physical-chemical properties allow MTs to coordinate the binding of multiple atoms of copper with a high affinity, and at the same time since these are kinetically labile they can be transferred to other molecules. Copper induces MT expression, thus intracellular MT content is related to an increase in cell resistance to copper toxicity. These properties suggest that MTs have an important role in cellular copper metabolism, storage and/or delivery of copper ions to specific cupro-enzymes. Since the role of MT has not been fully characterized, the goal of this doctoral thesis was to evaluate MT function in copper metabolism of cells maintained in sub, iso- and supra- physiological concentrations of copper. The results of this thesis indicate that in the absence of MT, cultured cell grown in low and normal concentration of copper have a decreased capacity to store copper; moreover they are more sensitive to an increment in intracellular copper, decreasing their viability. The increment in intracellular copper relative to wild cells is not explained by an increase in copper uptake, suggesting a difference in the efflux rate. The analysis of efflux of newly incorporated copper showed that in absence of MT, the retention of this copper is slightly lower; this may explain in part, the lower copper content observed in these cells. Finally, I have demonstrated that in the absence of MTs, the capacity of copper to induce gene expression of MT, SOD1 and Ccs1 its chaperone is lost. This observation could partially explain the increased vulnerability of MT null cells to lower intracellular copper concentrations. I propose as conclusions of this thesis that the presence of MT is important to maintain an appropriate regulation of intracellular copper homeostasis in cells grown at physiological copper concentrations and especially in response to extracellular copper excess. This response is dependent on the capacity of MT to store copper under physiological conditions and in response to excess, sequester intracellular copper in a safe form.