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Monthly Archives: October 2014

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Resuelto el enigma del aspecto de Deinocheirus mirificus

Ayer (22 de octubre de 2014) se publicaba en la revista Nature un artículo que pone fin a la larga serie de conjeturas y suposiciones científicas sobre el aspecto de Deinocheirus mirificus, un ornitomimosaurio, que habitaba en lo que hoy es la mitad Norte de Asia hace unos 80 millones de años, a finales del Cretácico. Si hace un mes nos sorprendía el nuevo aspecto que Spinosaurus tiene para los paleontólogos, preparaos, porque la polémica está servida…

El lagarto de mano terrible

En 1965, se descubrieron los restos fósiles de un dinosaurio desconocido hasta la fecha. El hallazgo se produjo en el Desierto de Gobi (Mongolia), durante una expedición polaco-mongola palentológica, y se trataba de las extremidades superiores de un dinosaurio ornitomimosaurio. Las especies del infraorden Ornithomimosauria se asemejaban a enormes avestruces, eran terópodos que poseían cuellos largos y cabezas pequeñas y alargadas; patas anteriores dotadas de tres dígitos y posteriores largas y adaptadas a la carrera. Las extremidades encontradas correspondían a un animal de este grupo, pero el tamaño (2,4 m de longitud) revolucionaba el conocimiento que se tenía de este grupo de dinosaurios. Durante casi 50 años, los paleontólogos no han dejado de hacer conjeturas sobre el aspecto que tendría el Deinocheirus (“lagarto de mano terrible”), la especie a la que pertenecen estos enormes brazos. Además, la cantidad de características ornitomimosáuridas pero también similares a las de otros dinosaurios del holotipo (el espécimen que sirvió para describir la especie) hacía muy difícil incluir al Dinocheirus en los árboles filogenéticos y elaborar un mapa evolutivo del grupo.

El hallazgo de dos nuevos ejemplares, uno en 2009 (MPC-D 100/127) que incluía ya prácticamente todos los huesos excepto las costillas y vértebras centrales, y otro en 2006 (MPC-D 100/128), con solo la mitad del cuerpo, ha resuelto dudas sobre la ecología de este dinosaurio.

Deinocheirus mirificus. a) MPC-D 100/127; b) MPC-D 100/128; c) reconstrucción de MPC-D 100/127 tras haberle añadido los restos de MPC-D 100/128 aumentados de tamaño. La línea representa 1 m. El hombre mide 1.7 m. Fuente: Nature.

Los análisis cladísticos revelan que el Deinocheirus difería de los demás ornitomimosaurios en diversas características óseas. No era corredor, ya que sus patas estaban adaptadas a soportar un peso de unas 6 toneladas; el cráneo, cientos de gastrolitos y restos estomacales revelan que se trataba de un megaomnívoro que habitaba a orillas de lagos y zonas empantanadas.

Los fósiles ayudan a descifrar el pasado

El cráneo es alargado, las piezas de la boca están fusionadas para formar una extensión en forma de espátula o pico de pato y los orificios nasales se encuentran en posición superior. Las marcas en la parte anterior de las mandíbulas demuestran que existía queratinización, es decir, una especie de pico similar al de las aves. Este pico plano tendría una relación ecológica con su alimentación, que se basaría en pastar de forma no selectiva engullendo plantas acuáticas al estilo de los hadrosáuridos o saurópodos o capturando peces.  El ojo era pequeño, lo que sugiere que esta especie era diurna. El cuello se curvaba en forma de S y las vértebras, hacia la mitad del tórax, se alargaban progresivamente en las espinas neurales formando una especie de cresta o joroba baja que incluía ligamentos para sujetar el abdomen y la cadera. Las patas son cortas y gruesas comparadas con las del resto de ornitomimosaurios, pero servían para sostener el cuerpo del animal, y seguramente no fuera muy veloz.

Reconstrucción gráfica de un deinoqueiro (Deinocheirus mirificus).

Reconstrucción gráfica de un deinoqueiro (Deinocheirus mirificus).

     Se supone que Deinocheirus mirificus habitaba en compañía de otros herbívoros grandes, pero Deinocheirus resolvía la competitividad con otras especies mayores siendo omnívoro. Las enormes garras anteriores servirían para remover el agua o la tierra en busca de alimento. Como vemos, este animal estaba perfectamente adaptado a la vida en zonas húmedas con abundante alimento y vegetación. Según comentan los autores del estudio, el tamaño  del Deinocheirus lo protegería de los ataques de los carnívoros como el tarbosaurio.

a) Otra reconstrucción, posiblemente ligeramente más lógica que la anterior - con menos plumas, ya que serían una carga inútil al ser un dinosaurio que utilizaba sus brazos para remover tierra y agua, suponiendo que no tuviera glándula uropigial como las actuales aves. b) Árbol filogenético y escala temporal, según los autores del artículo, que muestra que el grupo de los Deinocheiridae era un grupo hermano de los Ornithomimidae, ambos descendientes de una especie de ornitomimosáurido ancestral.

Los ornitomimosaurios, en general, eran dinosaurios altos y delgados que podían escapar rápidamente de los depredadores, al contrario que el Deinocheirus. Su longitud era de unos 11 m de largo y tenía un peso estimado de 6.358 kg. Los Deinocheiridae siguieron un camino evolutivo distinto a los demás ornitomimosaurios. No solo difería de las demás especies de su grupo en la talla, la estructura craneal demuestra que su dieta estaba más especializada, además, el Deinocheirus poseía por lo menos dos características (la fúrcula en forma de U -hueso en forma de horquilla en el pecho de aves y algunos dinosaurios- y el pigóstilo -vértebras caudales finales fusionadas-) que lo hacen un dinosaurio único en todos los aspectos.

Artículo en Nature.

¿Cómo afecta la marihuana al cerebro?

La marihuana – mariguana según la RAE –  es una preparación de flores y hojas trituradas de la planta de Cannabis sativa. Esta mezcla suele consumirse como tabaco con fines recreativos, religiosos o medicinales. Ahora bien ¿De qué se compone? ¿Cómo afecta al cerebro?

 

A parte de los componentes comunes a los órganos vegetales que compartes las diferentes plantas, la de Cannabis dispone de unas moléculas singulares: los cannabinoides. Al menos setenta tipos diferentes de estos psicoactivos han sido identificados en la marihuana.

El tetrahidrocannabiol o  THC es el cannabinoide psicoactivo por excelencia. Esta curiosa molécula se clasifica como metabolito secundario de las plantas y se desconoce su función fisiológica. Se ha especulado que podría utilizarse como anestésico o alucinógeno para proteger al organismo frente a depredadores herbívoros pero no se ha demostrado este efecto en la naturaleza. Debido a sus propiedades espectroscópicas, absorbe mucha luz UV-B, también se cree en la posibilidad de proteger a las plantas frente a la radiación violeta.

La administración exógena de THC – por inhalación directa o vaporación pasiva – produce un efecto analgésico moderado, de aquí su uso medicinal. El THC se une a receptores de neuronas y sistema inmune. En el cerebro, la unión de THC a receptores de membrana en neuronas se asocia a la activación de proteínas G. A continuación podemos ver el esquema general de actuación de los receptores acoplados a proteínas G:

 

La activación de la molécula adenilil ciclasa provoca que ésta inhiba un mensajero secundario en el interior de la célula: AMP cíclico. AMPc está implicado en abrir canales de Calcio en la neurona. Una vez el Calcio (en su forma iónica Ca+2) entra a la neurona pueda participar en diferentes mecanismos pero el principal es la liberación de vesículas o neurotransmisores. También es necesario en el funcionamiento de proteínas que organizan la división de células. Por lo tanto, una vez inhibimos con THC la expresión de AMPC conseguimos disminuir la entrada de Calcio y consecuentemente la liberación de neurotransmisores reduciendo el tráfico vesicular, de aquí el efecto alucinógeno o anestésico que ayuda a la relajación.

Así como las neuronas dejan de emitir vesículas de neurotransmisores, aumentan considerablemente otros que habían sido secretados previamente como la grelina.  Esta hormona es la encargada de producir la sensación de hambre y apetito, actuando a nivel digestivo a través de la señalización por leptina. Se ha propuesto también la Dopamina como hormona hedonizante del gusto. Sustento del placer y sensación de euforia, la dopamina podría jugar un papel importante en el consumo de cannabinoides.

Como uso medicinal se aprovecha su actividad anestésica leve para reducir el dolor en patologías tales como los síntomas de la esclerosis múltiple, epilepsia y síndrome de Tourette. En 2011 se publicó un reporte sobre la toxicidad del THC y su afectación a medio y largo término. El consumo elevado de marihuana durante un tiempo considerable genera desórdenes cognitivos como la incapacidad para planear o resolver problemas.

La marihuana artificial

Hace diez años se desarrolló un fármaco para tratar la esclerosis múltiple basándose en cannabinoides a partir de la síntesis química de la molécula de THC. El fármaco, forma de aerosol, no puede ser utilizado como narcótico debido a su baja concentración de tetrahidrocannabiol libre.

¿Sabes lo que bebes? Química de las bebidas alcohólicas.

Vivimos rodeados de Química. Raramente nos damos cuenta, pero el ajetreo molecular que se viste y desviste a nuestro alrededor es permanente: somos, fuimos y seremos Química. Hoy tratamos de acercarnos a lo cotidiano para explorar qué es químicamente. Damos paso a un análisis molecular y bioquímico de un elemento que se encuentra muy presente en nuestra sociedad: el alcohol.

Para los fiesteros y los bebedores solitarios. Para los jóvenes y no tan jóvenes. Para hombres y mujeres. Para los diurnos y nocturnos. Para los que beben y para los que sirven. Ésta lista que hoy reseñamos prometemos que sea interesante para todos:

-          Vino: Una de las bebidas alcohólicas más populares en nuestras tierras. Como todos sabemos se obtiene de la uva – de parra o de vid- y es el producto de la fermentación de su zumo.  ¿Qué es una fermentación?

 

Es la transformación química de azúcares – glucosa de la uva- y energía – ATP – por parte de levaduras en alcohol etílico –etanol-  y gas que se desprende en el proceso.

El vino necesita también de ácidos para su conservación, especialmente el vino añejo. Así podemos encontrar también ácido málico y ácido tartárico presentes en la uva. El primero de ellos es el ácido mayoritario y además es un conservante natural. También se utiliza como aditivo para conservar durante mayor tiempo otras bebidas y es lo que codificamos como E296 – un acidulante-. El componente tartático en cambio, además de conservante también es un corrector de la acidez del vino y se codifica como E-334. Para los más chocolateros, es un componente archiconocido en la tarta o Pastel del Diablo.

 

Por último cabe remarcar el papel de las antocianinas de la uva que dan el color rojo sangre al vino. Al igual que la clorofila, por ejemplo, las antocianinas son unos pigmentos vegetales hidrosolubles que se acumulan en las vacuolas –órganos celulares de reserva- y que pueden ser de color rojo, violáceo o azul.

 

 

-          Cerveza: “Bendito regulador del pH”. La cerveza es el producto de una fermentación alcohólica ¿qué la diferencia del vino? El reactivo orgánico. Como ya vimos, la levadura fermenta el azúcar en las uvas pero en la cerveza fermenta el almidón de los cereales.

El cereal mayoritario es la cebada. El grano de cebada contiene largas cadenas de azúcares que conforman el almidón. Con tal de que estos azúcares sean accesibles  a la levadura que lo fermentará, primero deben separarse las grandes cadenas entre ellas. Para ello malteamos la cebada, un proceso que consiste en humidificar el grano y hornearlo a altas temperaturas, así obtenemos la malta.

 

Como aditivo aromático se suele utilizar el lúpulo. El lúpulo se contiene de unas glándulas de la planta del mismo nombre y es el encargado del instinto del apetito en nuestro sistema nervioso. Existen otros aromatizantes que se utilizan en variedades específicas de cerveza: cereza, frambuesa e incluso miel.

-          Aguardiente: Es el producto de la fermentación de de azúcar y que ha sido destilado para medir su graduación alcohólica. En este grupo podemos incluir:

-           Ron cuando se fermenta la caña de azúcar.

-          Whisky que proviene de cereales.

-          Brandy de ciertass  uvas.

-          Kirchwasser de las cerezas.

“Esta entrada participa en el XL Carnaval de Química alojado en el blog ‘Ciencia Explicada”

XL

¿Ébola o no? Breve resumen de la Malaria.

La infección del ébola azota África desde comienzos del 2014. Ante un previsible salto de continente, América y Europa han estado particularmente en alerta en vuelos y viajes internacionales.

Desde los inicios del pasado verano, cuando el ébola intensificó su masacre tropical, se han registrado numerosos casos en España de viajeros que presentaban síntomas de infección. Sudoración, escalofríos y temperatura elevada eran las señales – tal vez aún demasiado prematuras-  de que un paciente podía estar incubando el virus que tanto temíamos.

El diagnóstico diferencial para virus de ébola dio negativo en todos y cada uno de los casos analizados. El test diagnóstico también incluye descartar enfermedades con sintomatología temprana similar a la causada por infección del ébola, como dengue, fiebre de Marburg o Malaria.

Casualmente, la mayoría de los pacientes que reportaron estos síntomas habían viajado a países de origen tropical por lo que estaba claro que se trataba de una infección vírica. Finalmente, a la par que se descartaba ébola como  causa patogénica se confirmaba el diagnóstico de malaria de aquellos que ingresaban en las condiciones mencionadas.

La malaria es una enfermedad infecciosa causada por parásitos eucariontes – a diferencia del ébola que se debe a agentes víricos- del género Plasmodium. También se ha hecho referencia a la malaria como Paludismo años atrás.

Esta enfermedad endémica de África es la responsable de la muerte de hasta casi 3 millones de personas al año. No existe una vacuna conocida que proteja contra este patógeno. Ya el Dr Patarroyo desarrolló una con resultados no contrastados por lo que hace unos años la OMS decidió desacreditarla.

Ciclo del patógeno de la malaria

El patógeno Plasmodium puede infectar a diferentes hembras de mosquito del género Anopheles que harán de vector en la transmisión de la malaria. El patógeno se halla en las glándulas salivales del mosquito en forma de esporozoíto, una especie de espora resultante de la división del cigoto mediante la cual la célula infectante se mantiene en estado latente.

Esta forma tiene cierta motilidad y tropismo hacia el hígado, donde migrará para reproducirse lo suficiente hasta que dé el salto al torrente sanguíneo. Esta vía aseguraría la infección pero no la supervivencia del agente de la malaria por lo que también produce gametócitos, los gametos latentes del flujo circulatorio.

Cuando un nuevo mosquito no infectado pica a un paciente infectado y chupa su sangre, conserva estos gametocitos que pueden ser transmitidos de nuevo infectando de nuevo a un paciente sano.

Lámparas animales: el secreto de la fluorescencia.

La bioluminiscencia es el fenómeno de emisión de luz producida por sistemas vivos tales como animales, plantes, bacterias o células. Un fenómeno que popularizó la ficción cinematográfica Avatar con multitud de organismos vegetales que hacían uso de este mecanismo para comunicarse entre individuos de la misma o diferente especie.

Nada lejos de la realidad pues la bioluminiscencia es un fenómeno que sucede en la naturaleza con más asiduidad de la que nos creemos. Antes de entrar en detalles, vamos a tratar de explicar el principio físico en el que se basa la emisión de luz y a continuación podremos entrar en detalles biológicos.

 

Cala tropical donde migran grandes bancos de medusas con propiedades bioluminiscentes.

Un fotóforo para iluminarlos a todos.

Para producir luminiscencia necesitamos antes de nada una molécula que sea capaz de absorber y emitir luz: un fotóforo. Ésta molécula será capaz de excitarse cuando es foco de la radiación electromagnética, es decir, un haz de luz de una longitud de onda determinada que es capaz de incidir sobre los electrones de la molécula.

Los electrones de la molécula que recibe la radiación se encuentra, normalmente, en un estado energético bajo – podríamos decir que están relajados- de manera que cuando la radiación incide sobre ellos se excitan y absorben la energía de la radiación. Una vez llegados a este punto, si la energía que absorben los electrones relajados es suficientemente grande podrán saltar al nivel de energía inmediatamente superior y transformarse en partículas excitadas.

Éstas partículas excitadas se relajan con el tiempo de forma natural y esta relajación es radiativa: se relajan emitiendo luz. La luz que emiten siempre es a una longitud de onda mayor, por lo que podemos jugar en el espectro del visible tal que un electrón que absorba luz solar puede emitir luminiscencia en un color determinado. Dependiendo de la velocidad de relajación el proceso lo llamaremos fluorescencia – relajación rápida- o fosforescencia -relajación lenta-.

La luciérnaga y su aplicación molecular en la Bioquímica moderna.

Ésta familia de coleópteros – que agrupa bajo el nombre de luciérnaga a más de 2000 especies diferentes – ha aportado uno de los métodos más relevantes de finales del siglo pasado en el campo molecular.

La luciérnaga cuenta con una enzima muy peculiar que se expresa en su cola, la luciferasa. La luciferasa es una proteína que oxida la luficerina, su sustrato, para emitir luz con el gasto energético que ello comporta.

La llegada de la luciferasa al laboratorio tiene que ver con los métodes de detección de fluorescencia. El gen de la luficerasa se puede expresar de forma recombinante  y administrar de forma exógena su sustrato para medir los niveles de radiación y la localización en distintos tipos celulares o bien en distintos órganos. Es muy útil para hacer el seguimiento cuando expresamos la luciferasa en unida covalentemente – fija – a otras proteínas que queremos evaluar y rastrear ya que seguir la luz es relativamente fácil.

Cabe aclarar que, si bien hemos dicho que la luciérnaga cuenta con luciferasa en su cola, esta enzima no es expresada directamente por su genoma sino por bacterias luminiscentes que viven en su cola en una harmonía perfecta –simbiosis-.

Bioluminiscencia en la naturaleza.

Algunos cefalópodos abisales son capaces de producir bioluminiscencia pero ¿Para qué la usan?

-          Atraer a presas. La curiosidad mató al gato… También al pez abisal que se perdió a 6 km de la superficie marina y se acercó a comprobar que era aquella lucecita intermitente…

-          Distinguir entre machos y hembras. La intensidad de luz producida viene directamente regulada por la capacidad de sintetizar luciferasa y la cantidad de esta proteína es un claro dimorfismo sexual entre machos y hembras.

-          Confundir a depredadores. También es una buena manera de asustar a aquellos depredadoresque se mueven en la oscuridad absoluta del fondo oceánico.

Luciérnagas y otros insectos.

-          Aparearse. Algo así como la danza del apareamiento de muchos otros animales, como pájaros tropicales. Como ya hemos dicho hay más de 200 especies diferentes de luciérnagas y cada especie sólo puede aparearse con otro miembro de la misma. Así los machos de cada especie tienen un patrón de encendido/apagado característico para encontrar a la hembra de la especie que le corresponde.

¿Bioluminiscencia para un futuro sostenible?

Antes de cerrar el artículo no os podíais perder el proyector Growing Plant -http://www.glowingplant.com/ – desde donde se distribuyen semillas con el gen de la luciferasa que pueden emitir luz en el rango del visible y que pretende utilizarla en un futuro próximo como fuente de luz natural en ciudades y otras zonas iluminadas. ¿Estamos ante un sustituto natural de las farolas?

Nobel de Química 2014: ¿Una decisión equivocada?

 

Esta mañana, hacia las doce menos cuarto, arrancaba desde Estocolmo el anuncio del Premio Nobel de Química 2014. Los estadounidenses Betzig y Moerner junto al alemán Hell se llevan el galardón por el desarrollo del Microscopio de Fluorescencia.

El principio óptico se basa en fluoróforos, que son unas pequeñas moléculas que disponen de la capacidad de captar fotones (absorción de luz) y enviarlos a una longitud de onda mayor (emisión fluorescente de luz).

La luz blanca puede descomponerse en una gama de colores gracias a un prisma, una pieza que por un cambio en el índice de refracción es capaz de transformar la luz blanca en otras longitudes de onda diferentes. Estas longitudes de onda son las que nosotros percibimos como un color u otro. Aquí podemos ver una tabla con el color que corresponde a cada longitud de onda:

 

Pues bien, si un microscopio óptico convencional nos permitía una resolución de 2 micrómetros -2 décimas de milímetro-, esta barrera puede ser fácilmente superada con la Fluoresencencia. ¿Cómo se usa la fluorescencia para marcar, identificar e incluso seguir moléculas en el interior celular? La forma más sencilla es mediante el uso de anticuerpos.

Los anticuerpos son moléculas producidas en condiciones fisiológicas por nuestro sistema inmune y que se unen con una afinidad extraordinariamente elevada a una molécula diana específica. Si los utilizamos para bloquear una molécula determinada y además le añadimos un fluoróforo – molécula que emite luz- podremos ver donde se encuentra el anticuerpo señalizado -y por ende la molécula de interés- justo al irradiar a una longitud de onda determinada.

 

Así pues la fluorescencia nos permite localizar una proteína que tenga una distribución anómala en una patología determinada, por ejemplo los agregados proteicos que se producen en Alzheimer.

También es útil para reconocer proteínas que pueden estar presentes en algunas enfermedades huérfanas – cuya causa se desconoce-. O incluso para cuantificar su sobreexpresión en ciertos tejidos – hiperinsulinismo-.

Insulina marcada en verde, células pancreáticas marcadas en azul y células sanguíneas – vasos capilares – marcados en rojo.

El microscopio de fluorescencia ha evolucionado hasta convertirse hoy en día en un instrumento necesario de todo laboratorio de Biomedicina y Biología Celular. Aunque sus aplicaciones son ya muy variadas cada vez se utiliza con objetivos distintos y para propósitos más distintos entre sí.

Si le tengo que dar la vuelta a la tortilla me arriesgaré a afirmar públicamente que bajo mi criterio este tema NO debería haber sido premiado en el Anuncio de los Premios Nobel. ¿Por qué me atrevo a decir esto? Hay varios aspectos a considerar. Antes de nada dejar claro que la ciencia no es blanca o negra, hay una escala con tonalidades grises muy amplia y por este motivo cualquier galardón que se otorga a un descubrimiento es perfectamente revocable en base a las premisas de evaluación y selección descritas. Aquí trato de exponer mis razones:

 1.       El microscopio de fluorescencia  se ha transformado en una máquina imprescindible de cualquier laboratorio biológico. Vayamos por partes, no podemos hacer reducción al absurdo solo por esta razón, pero muchísimos otros elementos de un laboratorio son imprescindibles y no se reparten distinciones de esta categoría. ¿Hay un Nobel al citómetro de flujo? ¿A los microscopios electrónicos, confocales, atómicos o de efecto túnel? ¿A los espectrómetros de masas, ciclotrones, láseres, transiluminadores o máquinas de RMN? ¿A los secuenciadores en masa de 2ª y 3ª generación? Todos los aparatos que acabo de mencionar, en su mayor parte, son muy difíciles de comercializar a larga escala. Es por eso que se suelen utilizar en consorcio varios grupos de una Universidad o un centro de investigación. ¿Por qué? Por causas totalmente ajenas a la fácil manipulación de un microscopio de fluoresencia. Existen secuenciadores de ADN de reducido tamaño pero de un coste elevadísimo y eso hace que no todos los laboratorios puedan disponer de uno, por ejemplificar un caso de la lista anterior. ¿Acaso es esta una razón CIENTÍFICA para hacer distinciones?

 2.       El microscopio de fluorescencia  ha acercado el nanomundo a la biología. Bueno, me parece que aquí la palabra nano está muy de más. Nadie ha resulto la estructura de una macromolécula con un aparato de éstos, ni mucho menos ha hallado motivos topológicos significativamente detallados como para describirlos con total seguridad gracias a el invento. Existen muchas otras máquinas más precisas y resolutivas el principio de química uni-molecular, en el que se basa la fluoresencia para estudiar macromoléculas orgánicas.

 3.       Ha ayudado a investigar múltiples enfermedades. Volvemos a lo mismo que el punto 1. No es una razón científica que la popularización de uso de un tipo de instrumento determinado y ajeno a sus bases químicas haya sido intermediario de logros llevados a cabo por terceros.

 4.       Se ha dado un galardón a un campo de la Química que hacía tiempo que no se premiaba. Vaya, los motivos para defenderlo – véase punto 3- se basan en razones bioquímicas y de química orgánica. Casualmente las 2 ramas de la Química más premiadas en los Nobel – con 50 y 43 premios respectivamente.-

 5.       Basándonos en la premisa histórica de reconocer a personas que hayan llevado a cabo investigacionesdescubrimientos o notables contribuciones a la humanidad según el testamento de Alfred Nobel, hay muchísimos otros descubrimientos que a mi parecer deberían haberse priorizado en la criba del certamen.

 

Por supuesto ésta es sólo mi opinión y estoy encantado a leer las vuestras. No te cortes y deja tu opinión sobre el Nobel de Química de este año.