evolución

Mensajes en la oscuridad

Mensajes en la oscuridad

Entre los insectos que son populares con el público existen unos que, literalmente, brillan sobre la competencia: las luciérnagas. Estos insectos super estrella han tenido más presencia en México en años recientes debido en parte a la publicidad que se les ha dado a los “santuarios de luciérnagas” como destinos eco-turísticos. Es probable que hayas escuchado sobre los santuarios…

Selección artificial y el mejor amigo del hombre - Segunda parte

Selección artificial y el mejor amigo del hombre - Segunda parte

En la primera parte de esta entrada se discutió, entre otras cosas, variación genética en perros y el trabajo del grupo de investigación de a doctora Ostander. Pues bien, los últimos descubrimientos de Ostander se presentan en una publicación de la revista Cell Reports. En ésta, se aborda la historia poblacional de las casi 400 razas reportadas alrededor del mundo, encontrando que todas ellas pueden ser divididas en sólo 23 grupos (clados).

Selección artificial y el mejor amigo del hombre - Primera parte

Selección artificial y el mejor amigo del hombre - Primera parte

¿Sabías que todos los perros comparten una historia familiar de miles de años? ¿Sabías que descienden de lobos que acechaban a las primeras comunidades humanas?

Los perros (Canis familiaris) son los orgullosos portadores de miles de años de historia como especie. A pesar de que la comunidad científica del ramo no tiene un consenso sobre el lugar y fecha exacta del surgimiento del mejor amigo del hombre, el último estudio a nivel paleogenómico sugiere que el perroaparece por primera vez en algún lugar de Europa durante el periodo neolítico hace aproximadamente 20,000 y 40,000 años a partir de una comunidad de lobos ancestrales.

La predicción de una lengua muy larga

polilla“Acabo de recibir una caja de parte de Mr Bateman llena de la asombrosa Angraecum sesquipedalia con un nectario de un pie de largo. Sabrá dios qué insecto puede chuparla” escribió Darwin en 1862 a su amigo Hooker. En ésta y otras cartas muestra su fascinación y sorpresa por esta orquídea de Madagascar que hoy se le conoce comúnmente como la orquídea de Darwin. Fue por estas fechas, en su estudio de Reino Unido, donde Darwin hizo una de sus predicciones más famosas, que redactó en otra carta a Hooker y elaboró con más detalle en su libro La fecundación de las orquídeas: “En Madagascar deben existir polillas con probóscides capaces de extenderse un largo de entre 10 y 11 pulgadas [25-28cm]…Angraecum sesquipedale debe depender de alguna polilla gigante”. ¿Cómo, sin haber visto nunca a la orquídea en su ambiente natural, pudo Darwin elaborar esa predicción? ¿Cómo puede confirmarse un proceso sin que pueda observarse? Según la teoría de la evolución propuesta por Darwin tres años antes en su libro El Origen de las Especies, muchas de las características de los organismos son producto de la selección natural. En este proceso aquellos individuos con características que les den ventaja sobre otros en su reproducción o sobrevivencia tendrán más descendencia; esto, con el tiempo, tendrá como efecto que en la población esta característica se vuelva más y más común, hasta que finalmente sea una característica de la especie. Que algún rasgo sea ventajoso depende del medio ambiente o de las “presiones de selección”. Muy comúnmente, estas presiones de selección tienen que ver con otros organismos con los que se interactúa; cuando la evolución de dos especies está determinada o afectada mutuamente, se le llama coevolución, y el concepto es otra de las grandes aportaciones de Darwin a la biología.

Darwin tenía a la coevolución en mente cuando se preguntó qué insecto podría chupar ese nectario tan largo. Los nectarios son estructuras de la flor donde se guarda el néctar que atrae a animales polinizadores con su dulce olor y sabor. Los polinizadores, al ir en busca de este néctar, se impregnan del polen de la flor y después, al ir en busca de más néctar a otra flor, dispersan el polen. La flor logra así la reproducción y el bicho en cuestión se alimenta. Un nectario tan largo como el de Angraecum sesquipedale sólo podría haber evolucionado en presencia de un insecto con una probóscide o “lengua” igual de larga.

Darwin murió en 1882 sin haber escuchado nunca sobre la polilla que según él, debía existir y polinizar a su orquídea. No fue sino hasta 21 años después de su muerte (y 41 desde su predicción) que un insecto con estas características fue descrito. Xanthopan morganii praedicta es una polilla que habita en el mismo lugar que la orquídea, y tiene una probóscide particularmente larga para el tamaño del animal. Su “lengua” mide hasta 20cm, mientras que la polilla misma de punta a punta de sus alas, mide 16cm. Dada la longitud de su probóscide y el lugar en el que vive, desde que se describió se asumió que es la polilla que Darwin predijo y que poliniza a la orquídea. Sin embargo, fue hasta 1992 en que estas fueron observadas y se tuvo evidencia directa de la relación entre la flor y el insecto.

A pesar de que no existen máquinas del tiempo que nos permitan observar procesos evolutivos pasados, y de que frecuentemente es difícil o imposible la experimentación para probar predicciones en biología evolutiva, éste es un ejemplo de cómo se formulan y comprueban hipótesis evolutivas. La teoría de la evolución tiene un gran poder predictivo y como cualquier ciencia, diferentes métodos para confirmar sus hipótesis. La mayoría de las predicciones basadas en la teoría evolutiva no tardan, como la de la orquídea de Darwin y su polinizador, 143 años en encontrar evidencia directa.

Fuentes:

Aquí se puede ver el video del insecto y la orquídea en acción.

Este artículo narra a detalle la historia de la predicción de Darwin. Las citas están traducidas de ahí, que a su vez cita cartas de Darwin y el libro La fecundación de las orquídeas.

En Darwin Online puede consultarse la correspondencia de Darwin, sus libros, y muchos otros textos de él.

Historia Original en el Blog de Historias Cienciacionales.

Imagen del Museo de Historia Natural de Reino Unido.

El gris no siempre existe: cuando los extremos te evitan una epopeya.

pajaro/Durante el verano pude disfrutar de mis vacaciones en una bonita playa mexicana. Sol, calor, mar y deliciosa comida oaxaqueña. Sonaba demasiado bien como para que solamente a mis amigos y a mí se nos hubiera ocurrido ir: nos tocó compartir el paraíso con gente de distintas partes del país y varios extranjeros que viajaron desde Estados Unidos, Europa o Sudamérica. Algo parecido pasa con las aves. Durante el verano los plumíferos suelen buscar áreas con un buen clima, mucha comida sabrosa y una amplia variedad de árboles y rincones donde poder descansar. Dichos lugares resultan tan buenos que son compartidos por distintas especies de aves cuyo lugar de origen difiere de una especie a otra. Este es el caso de los zorzalitos de Swainson, unos pájaros moteados del tamaño de una golondrina, en especial de dos de sus subespecies: los zorzalitos bermejos y los zorzalitos olivos. Durante el invierno, los zorzalitos bermejos viven en el sur de México, Guatemala y Honduras, mientras que los de color olivo viven en Colombia y Venezuela. Cuando se aproxima el verano, ambas subespecies migran hacia Canadá, cerca de la región de Vancouver y comparten el espacio entre ellas.

El verano para las aves, al igual que para otras especies, no sólo significa calor y un nuevo paisaje; también hay que responder el llamado de la naturaleza y hacer lo posible por perpetuar la especie. Como muchos de los vacacionistas que van a la playa buscando perpetuar la espe… ejem, pasar un buen rato, con algún o alguna extranjera exótica, los zorzalitos terminan compartiendo algo más que la zona de veraneo: hacen caso omiso de la tenue diferencia de color entre las subespecies y ocurren apareamientos entre bermejos y olivos.

Lo que sucede después del verano es lo que realmente diferencia a estas aves tan similares. La ruta de migración es continentalmente opuesta entre las dos subespecies. Los bermejos regresan a sus hogares de invierno migrando a lo largo de la costa oeste de Estados Unidos, y México, hasta llegar a Centroamérica. Los olivos, por su parte, viajan por el lado este, buscando cruzar el Golfo de México en lado más estrecho para llegar a Yucatán y de ahí a Sudamérica.

El desenlace de esa cruza híbrida del verano es un cría que migrará por el medio de las rutas de sus padres.

Esta nueva ruta migratoria representa grandes obstáculos, literalmente, para el ave híbrida. En su viaje atravesará cordilleras de montañas, y el desierto mexicano, con pocas opciones de descanso y en un clima al que no está acostumbrado.

“Es probable que un comportamiento tan complejo como la orientación de la migración sea controlado por múltiples genes” nos cuenta Kira E. Delmore  para Historias Cienciacionales, quien junto con Darren E. Irwin (ambos de la Universidad de Columbia Británica en Canadá) estudian a estas aves y quieren saber qué es lo que pasa con la brújula, un tanto desviada, de los zorzalitos híbridos. Al parecer los plumíferos se tomaron muy en serio aquello de recibir la mitad de los genes de la madre y la otra mitad del padre.

El ADN juega un rol bastante importante. En estudios previos, ya se había notado que la cantidad de los individuos híbridos era menor a la esperada, finalmente, si las dos subespecies comparten una zona de apareamiento y son bastante parecidos –“es difícil ver [la diferencia]; normalmente usamos un espectómetro para distinguirlos” confiesa Kira-  deberían de existir varios ejemplares, o incluso, observar que las dos subespecies se vayan disolviendo en una sola.

Al parecer hay cosas que no se deben de mezclar, e instintos que no se deben de contradecir. La migración es una parte muy importante en la vida de los zorzalitos de Swanson. Así como nosotros no saltamos a un precipicio, estas aves deben de ser capaces de ver un desierto y saber que por ahí no se debe cruzar, o pondrán su vida en peligro. El bajo número de indivíduos híbridos  se debe, en gran parte, a que su ruta alterna de migración resulta demasiado exigente para las aves, y muchas mueren en el camino.

Aparentemente, el comportamiento durante la migración, la ruta elegida por cada ave, tiene grandes repercusiones para su sobreviviencia, haciendo de este comportamiento, un recurso más de la selección y la evolución. Aunque aún no es claro qué tan fuerte es su influencia, Kira intuye que es parte de la razón por la que hay una gran diversidad en ese grupo de aves: “Las divisiones migratorias son muy comunes en los pájaros cantores (miembros del orden  Passeriformes) y pueden jugar un rol importante en generar la asombrosa diversidad de este grupo”.

Al mantenerse separados, sin formar una sola especie, generan una mayor diversidad. Tal vez lo único que puedan compartir estos zorzalitos es un lugar de veraneo. Si estas divisiones son la razón de por qué escuchamos tan distintos trinos en las aves, que alegría, que se mantengan como están.

Fuentes:

Esta es la cuarta colaboración de Agustín B. Ávila-Casanueva para Historias Cienciacionales. Egresado de la carrera de Ciencias Genómicas, Agustín piensa que la divulgación de la ciencia puede llenar espacios culturales, de comunicación, científicos y lúdicos. Agustín pasea a sus perros por las mañanas, lee novelas negras y juega basquetbol. Puedes leer las anteriores colaboraciones de Agustín aquí. Ha colaborado también en Cienciorama. Puedes seguirlo de cerca en su blog.

Artículo original publicado en la revista Ecology Letters.

[Imagen: Mapa tomado del artículo original. Foto tomada del sitio de Kira Delmore. En el mapa se muestran en negro las rutas migratorias de los zorzalitos de cada subespecie y en colores las rutas de los zorzalitos híbridos. En la foto se ve a uno de los zorzalitos con uno de los localizadores GPS que les fueron montados para conocer su localización.]

Spinosaurus: el dinosaurio carnívoro más grande que, por si hiciera falta, también nadaba.

dini

Si uno sabe donde buscar, de la aparente uniformidad de las rocas se pueden extraer grandes sorpresas. De vez en cuando, esas sorpresas cambian la forma en que entendemos la historia de la vida. Hace más de 100 años, el paleontólogo alemán Ernst Stromer encontró en Egipto los primeros restos fósiles de Spinosaurus, un dinosaurio carnívoro que lo intrigó por las extrañas espinas óseas que tenía en las vértebras de la espalda. Ese esqueleto cambió la historia porque Spinosaurus se convertiría en el dinosaurio depredador más grande que haya pisado la Tierra (mayor que el mismos T. rex) y porque, después de que sus fragmentos fueran destruidos en la Segunda Guerra Mundial, no se volvería a encontrar un ejemplar tan completo. Hace unos 5 años, el paleontólogo germano-marroquí Nizar Ibrahim, que actualmente trabaja en la Universidad de Chicago, encontró en Marruecos nuevos restos de Spinosaurus que al fin rivalizaban con los de Stromer en lo abundantes y completos. Este esqueleto, reportado en la revista Science la semana pasada, podría cambiar la historia porque es evidencia de queSpinosaurus fue un dinosaurio acuático: el primero y único dinosaurio acuático conocido hasta ahora.

“Es el primer dinosaurio que muestra estas adaptaciones realmente increíbles”, comenta Ibrahim para el sitio de noticias de la revista Nature. Luego de pasar un par de años siguiendo la pista de unos misteriosos huesos que un lugareño del Sahara marroquí le llevara en una caja de cartón, Ibrahim consiguió llegar a una cueva donde encontraría más restos de Spinosaurus, restos que le harían pensar a él y a los colegas de su universidad que ese dinosaurio carnívoro, que podía medir hasta 15 metros de largo, tenía un estilo de vida acuático o semiacuático al menos.

Desde los tiempos de Stromer los paleontólogos han averiguado mucho sobre los dinosaurios. Ahora se tiene una idea más acabada sobre su diversidad e importancia. Reinaron la Tierra durante millones de años y, de manera parecida a los mamíferos de la actualidad, probaron con muchas formas de vida. Los había herbívoros grandes, herbívoros pequeños, carnívoros grandes, carroñeros pequeños, carnívoros descomunales y herbívoros aun más descomunales. Había los que cuidaban a sus crías y los que podían morir por probar el bocado de las crías de otros. Había los que andaban a pasos agigantados, los que se movían con un andar de avestruz y los que, ahora sabemos, aleteaban, planeaban y volaban. Pero entre toda esta diversidad, nunca se había encontrado alguno que pasara la mayor parte de su vida en el agua, nadando.

Lo importante de este descubrimiento, según Claudia Serrano Brañas, paleontóloga de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México, es que amplía la visión que teníamos de los dinosaurios. “Anteriormente, se creía que los dinosaurios estaban restringidos a un ambiente netamente terrestre y que tal vez algunos de ellos pudieron haber hecho ciertas incursiones dentro de un medio acuático, pero eso simplemente eran inferencias al respecto”, comenta en entrevista para Historias Cienciacionales. “Por primera vez dentro del registro fósil de este grupo de organismos, tenemos la presencia de un dinosaurio acuático.”

A partir de los nuevos huesos encontrados en Marruecos, y de fragmentos de diferentes esqueletos que hay regados por el mundo, Ibrahim y un equipo internacional de paleontólogos reconstruyeron la anatomía ósea de Spinosaurus. Paul Sereno, paleontólogo estadounidense y coautor del estudio, afirma, en un video para el sitio de noticias de la Universidad de Chicago, que las características de estos nuevos huesos “se asemejan mucho a las de animales que pasan mucho tiempo en el agua”.

¿Exactamente qué historia cuentan esos huesos? Las fosas nasales de Spinosaurus están muy atrás en el cráneo, en un lugar similar a las de un cocodrilo; esto le permitiría respirar mientras nadaba medio sumergido. Sus patas eran más cortas que las de otros dinosaurios carnívoros con los que estaba emparentado (los terópodos, en los cuales se encuentra T. rex), y los científicos piensan que eso es seña de que pataleaba en lugar de correr o cazar en tierra firme. Sus huesos eran de una densidad algo mayor a la de otros dinosaurios, lo cual le habría ayudado a la hora de sumergirse o flotar a voluntad. Además, su cuello alargado y sus patas traseras cortas hacían que, a diferencia de sus primos, le fuera más fácil nadar que caminar sobre sus patas traseras. Este mismo rasgo lo obligaba, según Ibrahim, Sereno y sus colegas, a andar a cuatro patas cuando se aventuraba fuera del agua, una forma de moverse muy inusual para un carnívoro de su tipo.

Todos esto son indicios de que Spinosaurus era un dinosaurio que nadaba; sin embargo, para algunos científicos sigue siendo arriesgado afirmar que se trataba de un animal verdaderamente acuático. Paleontólogos de otras instituciones, así como paleo-ilustradores profesionales (que se dedican a reconstruir la anatomía de animales extintos a partir de fragmentos de esqueletos), señalan que el principal problema del estudio de Ibrahim y sus colegas es que trabajaron con partes ajustadas de diferentes esqueletos y, sin embargo, sacaron conclusiones como si fueran un mismo individuo. John Hutchinson, de la Universidad de Londres, comenta para el sitio de noticias de Nature que “hay que tener cuidado con estar creando una quimera”. En su blog personal, el paleoilustrador Scott Hartman cuestiona la forma en que Ibrahim y sus colegas ajustaron la proporción de las patas traseras del nuevo fósil a los demás restos conocidos del dinosaurio, pues esto cambiaría algunas de las conclusiones del estudio. “Por lo menos, pone en tela de duda la idea de que Spinosaurus era un cuadrúpedo obligado en tierra”, escribe.

Estas críticas son normales y bienvenidas en cualquier campo científico, y mucho más en la paleontología. “Hay que recordar que, cuando hablamos del registro fósil, éste por lo general es incompleto, por lo que siempre hay que proceder con cautela cuando se hacen inferencias sobre el modo de vida de organismos que se extinguieron hace millones de años”, nos recuerda Claudia Serrano.

Con todo, junto a las evidencias anatómicas, Ibrahim y sus colegas contaban con datos anteriores que mostraban que Spinosaurus comía principalmente peces (tiburones y celacantos, por ejemplo) y que, por la composición química de sus huesos, pasaba una gran parte del tiempo cerca o dentro del agua, así que los paleontólogos tienen un buen grado de confianza en sus conclusiones, las cuales, de confirmarse, cambiarían nuestra forma de ver a los dinosaurios. “Este tipo de descubrimientos son sensacionales, ya que sacuden los cimientos de la paleobiología de dinosaurios”, concluye Claudia Serrano en sus comentarios, “y nos dejan en claro que la clase Dinosauria todavía nos tiene guardadas muchas sorpresas.”

Fuentes:

Artículo original en la revista Science | Nota en Nature | En el blog de Scott Hartman | Video de Paul Sereno | Nota de El País | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales | Imagen

Estos animales marinos son un eco de hace 600 millones de años y no se le parecen a nada.

newbranchEn el fondo de los mares de Tazmania esperaba una sorpresa que ha de sacudir el árbol de la vida animal desde su tronco, si lo que proponen sus descubridores resulta verdad. Hace más de 27 años, el zoólogo Jean Just, del Museo de Historia Natural de la Universidad de Copenhague en Dinamarca, recogía los ejemplares de animales recolectados entre 400 y 1,000 metros de profundidad sin sospechar que entre las redes tenía ejemplares de un tipo de animal que no se podría ubicar en ninguna clasificación conocida. Se trataba de organismos milimétricos en forma de hongo que, sin embargo, mostraban las características básicas de los animales: son multicelulares y sus células tienen núcleo (así que no son bacterias ni protozoarios) y tienen estructuras para digerir la comida que ingieren (así que no son algas ni plantas). Esto, no obstante, Just no lo sabría hasta años después, cuando se puso a analizar a detalle todo lo que tenía pendiente de aquel crucero del ‘86. Y fue hasta esta semana que publicó, junto con algunos colegas suyos de su universidad, el resultado de sus análisis: estos animales, a los que bautizó con el nombre de género Dendrogramma, no se pueden ubicar en ningún grupo conocido y los organismos con los que guardan más similitud son fósiles que existieron hace unos 600 millones de años. Uno de los científicos que primero leyeron su artículo, según relatan los autores en el mismo texto, sugirió que estos animales debían fundar un nuevo filo en la clasificación. Los filos, (o phyla, como prefieren decirles los científicos), son las ramas más gruesas de la taxonomía tradicional sólo después de los reinos. Además, por las características de estos minúsculos organismos, probablemente sean uno de los filos más antiguos del reino.

Una forma de hacer una división gruesa de todos los animales es por su simetría. Se traza una línea imaginaria en el cuerpo del animal y se busca si los lados son un reflejo uno del otro. Si es así, se tiene a un animal de simetría bilateral. Esto ocurre con casi todos los animales en los que uno pueda pensar: humanos, cangrejos, escorpiones, tiburones blancos, moscas de la fruta, lombrices, nematodos, pulpos... Si no ocurre así, probablemente se trate de una medusa o una esponja. A las medusas se les puede partir en “rebanadas”, así que tienen simetría radial (si se les mira desde arriba) y las esponjas no tienen simetría en absoluto. Esta forma de dividir a los animales no sólo es geométricamente divertida, sino que también informa sobre la antigüedad de los grupos. Se cree que los animales sin simetría en sus cuerpos surgieron antes que los de simetría radial, y éstos surgieron antes que los de simetría bilateral. Los animales que Just examinó durante varios años en la mesa de su laboratorio, y que sólo mostró al mundo después de estar seguro de lo que veía, tienen a duras penas una simetría radial, y esto le hace pensar que pueden ser más antiguos que las medusas. ¿Serán tan antiguos como los primeros animales?

“Sería increíblemente emocionante si los autores hubieran encontrado un grupo desconocido de animales que divergió de los otros animales hace tanto tiempo”, dice un biólogo evolutivo entrevistado para el sitio de noticias de la revista Nature. Los 600 millones de años de antigüedad que tienen los fósiles con los que Just y sus colegas le encuentran parecido a Dendrogramma trazarían su rama del árbol de la vida hasta el momento en el que surgían los primeros esbozos de lo que significa ser animal.

Aquellos fósiles pertenecen a un grupo de animales llamados “fauna de Ediacara”, nombrados así por el estrato geológico en el que se les encontró. En ellos no hay rastro de patas, aletas, conchas, apéndices, órganos, sistemas o casi todo lo que vemos en los animales actuales. De hecho, muchos de ellos probablemente tenían una vida parecida a la que hubiera tenido una hierba submarina. Se piensa que, salvo contados casos, esos primeros intentos de animales no dejaron descendencia hacia eones posteriores, porque sus extrañas formas no tienen ningún eco en los animales que les siguieron. Hasta que Just y sus colegas encontraron a Dendrogramma.

Una forma adicional de encontrar similitud entre estos animales y todos los demás que existen en el mundo sería a través de su ADN. Desafortunadamente, por las técnicas de preservación que los zoólogos usaron durante su colecta, les es imposible recuperar esas moléculas de los tejidos. Hasta que se vuelvan a encontrar más ejemplares vivos de Dendrogramma, se podrán hacer los estudios necesarios para averiguar si estos animales, con su extraña forma fungoide y su actitud de “soy de lo más básico que un animal podría ser”, realmente provienen de las raíces del árbol de la vida que se hunden en las nieblas del tiempo evolutivo.

Fuentes:

Artículo Original en laRevista PLOS | Nota en la Revista Nature | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales

Un venezolano que da información sobre la evolución de los dinosaurios.

dino Del tamaño de un perro, con una dieta basada en plantas y, probablemente también insectos, este dinosaurio vivió hace doscientos millones de años. Sus restos fueron encontrados en lo que ahora es Venezuela, concretamente en una formación llamada “La Quinta”, en los Andes –de ahí que su nombre sea "Laquintasaura venezuelae"-. Lo más importante es que su recuperación viene acompañada de mucha información valiosa.

Este animal es un ornitisquio, que en español significa “caderas de ave”. Es el primero de su grupo que arroja datos sobre los primeros cambios evolutivos que ocurrieron a los ornitisquios lo largo del tiempo. Más aún, pertenece a un colectivo de dinosaurios cuyas primeras caracterizaciones evolutivas están incompletas debido a que se tienen pocos ejemplares, y la mayoría de los datos paleontológicos están dominados por otros dinosaurios.

Además, el que se haya encontrado en dicha región, aumenta el área habitada por estos animales conocida hasta ahora, y contradice la hipótesis que sostenía que los ornitisquios vivían en climas diferentes a los cálidos y tropicales. También arroja datos sobre la velocidad de crecimiento de estos animales.

Finalmente, hasta ahora se han recuperado cuatro individuos de la nueva especie, lo que el equipo de investigadores sugiere como una evidencia de que vivieron en grupos, un comportamiento que hasta ahora era desconocido para un registro fósil de esta antigüedad.

En general, da evidencia sobre la importancia del registro de los ornitisquios en las discusiones sobre la evolución de los primeros grupos de dinosaurios.

Fuentes:

Artículo original | Nota en la Revista Science | Nota Original en el Blog de Historias Cienciacionales

La (otra) evolución de la migración de las aves en América.

pajarosEn este planeta, están las personas que prefieren el calor porque así no tienen que andar como cebollas, con miles de capas encima. También están las que detestan que el calor no se les vaya ni quitándose la ropa, por lo que prefieren el frío, que se va poniéndose un buen abrigo. Para otros animales, es más conveniente moverse de un lugar a otro en búsqueda de aquellas temperaturas ambientales que mejor les convengan. En el caso de las aves, sus patrones de migración ha dado buenos dolores de cabeza a muchos investigadores, debido a que son complejos.

Una hipótesis sobre el origen de estos flujos migratorios -y que ha perdurado por mucho tiempo- sostiene que los animales que se mueven, lo hacen desde los trópicos hacia zonas en el Norte con temperaturas más templadas, un comportamiento que se ha mantenido con el paso del tiempo.

Ahora, un grupo de investigadores de diferentes instituciones estadounidenses han propuesto lo contrario: las migraciones evolucionaron a través de movimientos que fueron del norte de América hacia los trópicos. Además, aquellos animales que se iban perdiendo en el camino, se asentaban en nuevas regiones, convirtiéndose en fundadores de otras especies, y contribuyendo a la diversidad tropical.

Para llegar a dichas conclusiones, los investigadores generaron un modelo para conocer el cambio en el tiempo de los lugares que animales migratorios establecen en épocas de frío y de apareamiento. A partir de esto, y junto a un árbol genealógico de aves, que incluyeron cardenales o gorriones, reconstruyeron en un programa computacional los cambios evolutivos más probables.

Los resultados permiten a los autores del trabajo asegurar que las migraciones comenzaron en el pasado desde el Norte del continente americano hacia el Sur. Además, la alta diversidad que se observa alrededor de los trópicos no es lo que llevó a las migraciones hacia el Norte, sino que, por el contrario, este es un resultado de los movimientos de esa zona de frío hacia el Sur cálido.

Fuentes:

Artículo original en PNAS | Nota fuente de The Field museum | Nota Original en el blog de Historias Cienciacionales | Imagen

 

El vibrante arcoíris de las aves.

pajCharles Bukowski tenía un pájaro azul en su corazón que sólo dejaba salir algunas noches, cuando todo mundo dormía. Los pájaros, sean corazones atrapados o cantantes libres, tienen impreso el arcoíris en sus plumas. El color de las plumas de las aves está dado por los carotenoides, pigmentos orgánicos que también dan color a las plantas y a algunas bacterias y hongos.El ancestro común de todas las aves con un colorido plumaje vivió hace 56 millones de años, más de 100 millones de años después de que los pájaros cafés y negros se adueñaran de los cielos.

Esta conclusión fue alcanzada por un grupo de investigadores de instituciones estadounidenses y neozelandesas, quienes colectaron y analizaron los compuestos químicos de plumas de casi 10 mil especies de pájaros extintos. Sus resultados mostraron que el plumaje del 40% de todas las aves estudiadas contenía carotenoides, lo que es 25% más de lo que se había estimado.

Después de construir un árbol genealógico entre especies, los investigadores han propuesto que los pájaros se han vuelto más coloridos con el paso del tiempo.

Fuentes: Nota fuente de Science | Artículo original | Traducción del poema “Bluebird” de Bukowski | Nota de Historias Cienciacionales  | Imagen

Vine, vi, muté y vencí: la rápida adaptación de Helicobacter pylori a tu estómago.

helico La próxima vez que te lleves las manos al estómago por un dolor de úlcera, piensa que lo más probable es que se deba a la bacteria Helicobacter pylori y trata de consolarte con el hecho de que este bicho está dándole a tu cuerpo la oportunidad de convertirse en un auténtico escenario de evolución. Porque ¿qué escenario más adecuado para mostrar las capacidades extremas de adaptación de esta bacteria que la violenta acidez de tu estómago? Es un lugar tan hostil que H. pylori es prácticamente la única bacteria capaz de habitarlo. Y por si los jugos gástricos no bastaran, esta bacteria también debe lidiar con nuestro sistema inmune, el coco de casi todos los organismos que pretenden habitar nuestro cuerpo con intenciones sospechosas. ¿Cómo es que H. pylori supera estos desafíos de forma tan eficaz, al grado de que se puede encontrar en la mitad de la población humana?

H. pylori supera el desafío de la acidez, en parte, enterrándose con sus flagelos en forma de tornillo en la mucosa gástrica del estómago, donde encuentra un ambiente menos hostil y desde donde produce una sustancia que descompone la urea del estómago en dióxido de carbono y amoníaco, un compuesto básico que neutraliza los ácidos estomacales. La forma en que H. pylori supera el segundo desafío, el del sistema inmune, no se conocía muy bien, pero se sabe que lo hace de una manera muy eficaz, pues es capaz de sobrevivir en un estómago durante todo el tiempo que el dueño de ese estómago se mantenga con vida. La mayor parte de las veces, la infección de H. pylori no produce síntomas, pero a veces provoca dolorosas úlceras gástricas que hacen que uno se lleve las manos al estómago y vuelva a pensar “¿por qué debo ser yo el escenario perfecto de un caso de éxito evolutivo?” Y precisamente, ¿por qué es la infección de H. pylori un caso de éxito evolutivo?

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pennsylvania, Estados Unidos, creen haber encontrado las respuesta a cómo H. pylori evade el sistema inmune. Ellos sabían que la bacteria tiene una relación evolutiva muy antigua con sus hospederos: diferentes grupos humanos en diferentes partes del mundo alojan diferentes cepas de H. pylori. Esto es seña de que la bacteria evoluciona dentro del cuerpo humano. También hay estudios sobre cuánta mutación (cambios en el ADN) sufre la bacteria dentro del cuerpo a lo largo de los años. Pero a estos investigadores, liderados por Bodo Linz, les interesaba saber si esas mutaciones podían explicar el éxito de H. pylori al colonizar tu estómago.

Para responderse, compararon los genomas de diferentes cepas de la bacteria en diferentes momentos de la infección: antes de alojarse en el estómago de voluntarios, a los 20 y a los 44 días de infección. Además, hicieron un experimento similar con macacos. Encontraron en ambos casos que las bacterias mutan mucho más frecuentemente (de 30 a 50 veces más) en la fase temprana de la infección que en la tardía, una vez que bacteria y sistema inmune llegan a un equilibrio.

Linz y su equipo creen que estas altas tasas de mutación son la estrategia que H. pylori usa evadir al sistema inmune. El sistema inmune reconoce a los organismos ajenos por medio de las moléculas en las membrana de los invasores. Si el sistema no reconoce la molécula, debe pasar por una fase de respuesta más larga comparada con la que pasaría si la reconociera de inmediato. Así que una forma que tienen los microorganismos invasores de esquivar el sistema es innovar constantemente en la composición de sus moléculas de mebrana. Los investigadores creen que las altas tasas de mutación de H. pylori al inicio de la infección les permiten generar nuevas y mejores moléculas en sus membranas.

Para decirlo mejor, las mutaciones les confieren a las bacterias de H. pylori una azarosa vastedad de nuevas características, algunas de las cuales les ayudarán a sobrevivir en el estómago, algunas de las cuales las cambiarán tanto que no sobrevivirán y algunas de las cuales no les servirán ni les dañarán. Entre aquellas características nuevas y benéficas, los investigadores creen que tal vez las más útiles sean las que les dan la capacidad de generar nuevas moléculas de membrana. Y así, aquellas bacterias que, por fortuna para ellas, le hayan atinado a una mutación benéfica, sobrevivirán y se reproducirán más, pues el sistema inmune no las atacará de inmediato. Y con tasas tan altas de mutación, las bacterias pueden colonizar tu estómago en menos tiempo de lo que le toma a tu sistema inmune deshacerse de ellas. Es evolución plena y en acción (desafortunadamente, para tu perjuicio).

Así que la próxima vez que te lleves las manos a tu estómago por una dolorosa úlcera, piensa que el dolor es el precio que hay que pagar por llevar en el cuerpo un escenario de evolución tan eficaz e ilustrativo.

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Aquí el estudio original | Aquí la nota fuente | Nota Original en el Blog de Historias Cienciacionales | Imagen tomada de la nota fuente.

De Humpty Dumpty y el código genético

alice "Cuando yo uso una palabra –dijo Humpty Dumpty en un tono más bien ofendido– ésta significa exactamente lo que yo decido que signifique, ni más ni menos.

La cuestión es –dijo Alicia– si puedes hacer que las palabras signifiquen cosas diferentes." Este es uno de los diálogos entre Humpty Dumpty y Alicia, del relato de A través del espejo de Lewis Carroll. Detrás de estas líneas se esconden varios significados, y también una analogía con la naturaleza.

El código genético es una agrupación de reglas que dictan cómo se debe traducir la información contenida en nuestro ADN a proteínas. Todos los organismos del planeta, desde los microscópicos hasta los árboles más altos y las ballenas más grandes, fabricamos proteínas bajo este código universal. Como si todos habláramos el mismo idioma molecular.

Se han descubierto organismos con algunas excepciones en su código genético, pero se consideran eventos evolutivos raros. Ahora, un grupo de investigadores estadounidenses asegura haber confirmado que existe una proporción significativa de organismos que utilizan diferentes vocabularios, donde la misma palabra significa cosas distintas. Tal como dijo Humpty Dumpty.

Para su estudio, los científicos analizaron lo que se conoce como “la materia negra microbiana”. Estos son organismos microscópicos que difícilmente crecen en laboratorio, pero están por todos lados. De hecho, el 99% de las especies de microbios entran en esta categoría. Por tal razón, los investigadores utilizaron metagenómica, el estudio de todo el conjunto de material genético recabado de muestras directas del ambiente.

De esta manera observaron que en el material genético de ciertos organismos las señales que anuncian dónde se debe terminar de trabajar una secuencia de ADN, las de "alto", no son interpretadas como tal. Al contrario: señalan que las moléculas deben continuar operando y hacer más grande a la proteína.

¿Qué tan común es este fenómeno? Para saberlo, los científicos analizaron el material genético de dos mil personas y de ambientes que cubren todo el planeta: marinos, de agua dulce y terrestres. Los resultados muestran que más del 10% de los organismos estudiados tampoco reconocen la señal universal de paro como tal.

Finalmente, los investigadores observaron que esto también ocurre en bacteriófagos, los virus que atacan bacterias. La intuición dictaría que esto se debe a que bacterias y virus utilizan la misma estrategia molecular. Sin embargo, los resultados sugieren que el código de un grupo no concuerda con el del otro. Los investigadores argumentan que es el código el que está mal, y que a los virus no les importa cuál sea este.

Ahora que se les ha movido la Tierra bajo los pies, los autores de este trabajo mencionan que será posible desarrollar nuevos métodos de análisis que tomen en cuenta este fenómeno de complejidad genética inesperada para entender mejor la función de los ambientes.

Una de las tantas bellezas guardadas en las aventuras de Alicia es que reflejan la complejidad de la naturaleza. Bien dice: “si yo tuviera mi propio mundo, todo sería sinsentido”. _____________________

Bibliografía:

Nota fuente en Science Daily   | Artículo original en Science |Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales

El insípido mundo marino.

ballena Los resfriados traicioneros vienen acompañados de un mundo sin sabores; el caldo de pollo sabe igual al té de manzanilla con miel: a nada. Poder detectar los sabores en los alimentos es un privilegio. Los mamíferos tenemos la capacidad de detectarlos y utilizar esta posibilidad como medida de protección en caso de que el alimento sea tóxico. Esto es diferente para los cetáceos, quienes son incapaces de saborear su comida.

Ballenas, delfines y marsopas comparten un ancestro común en cuyo material genético alguna vez ocurrieron mutaciones que eliminaron la capacidad de detectar cuatro de los cinco sabores básicos: dulce, umami, ácido y amargo. Los genes encargados de codificar para los receptores de sabores siguen ahí, en el ADN de los cetáceos, pero están dañados.

Los sabores salados son los únicos que pueden detectar. Es probable que esto se deba a que los receptores salados les permiten realizar otras funciones vitales, además de saborear, como mantener niveles óptimos de sodio o de presión sanguínea.

Una pregunta que surge, es cómo estos animales perdieron cuatro de los cinco sabores primarios. Y es que resulta interesante que hayan perdido la capacidad de saborear el amargo de la comida, pues las toxinas naturales tienen este sabor.

Cabe destacar que la acción de masticar es la responsable de la liberación de los sabores. Los cetáceos tragan su comida en vez de masticarla. Si no masticas tu comida y sólo te la tragas, el sabor se vuelve irrelevante. He ahí un tip para los que sufren de un resfriado traicionero.

Bibliografía:

Nota en Science |Artículo de Oxford Journal | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales.

 

Daños colaterales en la evolución: el apéndice.

"Sólo sirve para infectarse", dijo el doctor cuando le pregunté la función de mi apéndice, que estaba a punto de sacarme. Yo tenía la idea de que el apéndice es una estructura vestigial en los seres humanos. Es decir, un órgano que en el pasado evolutivo servía de algo a nuestros ancestros, pero que actualmente no realiza ninguna función. La razón de que se sigan conservando estructuras vestigiales como lo sería el apéndice es que no ha ocurrido ninguna mutación que las haga desaparecer. Las estructuras vestigiales son citadas frecuentemente como pruebas de la evolución, pues muestran cómo, únicamente por herencia, existen ciertos rasgos que incluso llegan a estorbar; por ejemplo, los huesitos de lo que alguna vez fueron patas en las serpientes (herencia de su pasado como lagartijas) y las muelas del juicio en los humanos. apendice

La idea de que el apéndice es una estructura vestigial viene de Darwin, quien en su libro The Descent of Man (traducido al español como El origen del hombre), elaboró una hipótesis sobre este órgano que no parece tener una función clara más que, como dijo mi doctor, infectarse. Según Darwin, nuestros ancestros, que se alimentaban principalmente de hojas con alto contenido en celulosa, requerían de bacterias que les ayudaran a digerir tanta fibra. Estas bacterias se alojan en el cecum, una parte del intestino que en los humanos es muy pequeña, pero que en otras especies con dietas altas en celulosa es bastante grande. En algún momento nuestros ancestros cambiaron a una dieta con menor contenido en hojas y mayor contenido en frutas. Este cambio “liberó” al cecum de su función y, por lo tanto, los cambios que le ocurrieran a éste no habrían sido problema para nuestros ancestros. Según Darwin, el cecum comenzó a encogerse y plegarse, y uno de estos pliegues es el apéndice. Sería, como ya he dicho sobre las muelas del juicio, un daño colateral de la evolución. La hipótesis de Darwin sobre el apéndice ha sido muy popular, y se utiliza incluso como ejemplo clásico de una estructura vestigial.

Pero resulta que los humanos no somos los únicos que tenemos apéndice. Según un estudio del año pasado sobre la evolución de este órgano, realizado por un grupo internacional de científicos, hay al menos 50 especies de mamíferos que poseen una colita o pliegue que sale del intestino, es decir, un apéndice. Además, se sabe que el apéndice está formado por un tipo especial de tejido linfático que promueve el crecimiento de bacterias benéficas para el intestino y que podría jugar un papel en la respuesta inmune, especialmente en bebés y niños. Basados en esto, los investigadores del estudio elaboraron una nueva hipótesis sobre la función del apéndice, considerándolo una "casa de seguridad" para bacterias intestinales benéficas, a donde irían a refugiarse cuando ocurre una infección de bacterias dañinas, sólo para salir una vez que la infección haya pasado y poder poblar de nuevo al intestino.

Los investigadores involucrados en el estudio se preguntaron si de verdad el apéndice es un órgano vestigial asociado a la dieta y digestión o un órgano útil (adaptativo) asociado a la respuesta inmune. Para responderse, utilizaron la filogenia (el modelo de las relaciones evolutivas entre especies) de 361 mamíferos, incluyendo los que tienen apéndice, e hicieron análisis para determinar cuántas veces ha surgido esta estructura en la historia evolutiva de los mamíferos. Cuando una estructura o estructuras con función similar aparecen de manera independiente en varios linajes bajo una misma presión ambiental, se sugiere que estas estructuras son adaptaciones – es como si se hubiera encontrado la misma solución ante el mismo problema varias veces sin ser copiada.

Los resultados muestran que el apéndice ha surgido de manera independiente de 32 a 38 veces en diferentes grupos de mamíferos. Trataron de correlacionar su aparición con cambios en la dieta de estos grupos, pero no encontraron un patrón claro. De hecho, en la mayoría de las especies, no existe tal correlación. Tampoco existe correlación entre el encogimiento del cecum y la aparición del apéndice; es lo contrario: la presencia del apéndice está correlacionada positivamente con el tamaño del cecum y del colon. Esto refuta la hipótesis de Darwin. Pero hay que ser justos: él no tenía idea de que otros mamíferos, además de humanos y simios, tenían apéndice. Lo interesante es que en primates sí existe correlación entre la reducción del cecum y la aparición del apéndice, y también con el cambio de dieta.

A pesar ello, a la luz de los datos es muy probable que el apéndice, al menos en algún ancestro de los homínidos, sí tuviera una función adaptativa relacionada con el sistema inmune, probablemente como escondite durante tiempos de guerra para bacterias benéficas. Esto tiene sentido, pues la posición anatómica del apéndice lo deja fuera del camino de la digestión, que es precisamente lo que provoca que se infecte con facilidad, pues se acumulan desechos de comida y materia fecal.

Sin embargo, la historia evolutiva del apéndice humano todavía no es muy clara: los datos no resuelven completamente la duda de si en humanos esta función inmunológica es imprescindible o si el apéndice está en camino a ser un órgano vestigial. En lo que se resuelve el misterio, yo optaría por no mencionarlo como ejemplo clásico de estructuras vestigiales y, si fuera médico, tampoco desdeñaría tanto a este órgano.

Pero, siendo sincera, ya no lo extraño para nada.

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Bibliografía:

Artículo en Comptes Rendus Palevol| Nota Original | Nota en el Blog de Historias Cienciacionales | Imagen 

Enchúlame el trasero.

polloCon el 2014 vienen cosas increíbles. Una de ellas, esperada con ansias por todos los integrantes de Historias Cienciacionales, ocurrirá el 18 de septiembre: la 24º Ceremonia de los Premios Ig Nobel. Esa noche, el teatro Sanders de la Universidad de Harvard se vestirá de gala para condecorar a diez afortunados científicos cuyas investigaciones de este año hayan hecho pensar a la gente, después de haberlas hecho reír. La cantante, pianista y compositora estadounidense Amanda Palmer, también conocida como Amanda "Fucking" Palmer, ha retratado la esencia de los Ig Nobel en palabras más refinadas: «es como la cosa más pinche extraña a la que puedes ir… es un montón de verdaderos Premios Nobel dando un reconocimiento a científicos reales por haber hecho cosas jodidamente chifladas. Es increíble». Sea como sea, no hay duda de que los Premios Ig Nobel celebran lo inusual y honran lo imaginativo. Y en Historias Cienciacionales ya tenemos a nuestro candidato favorito para la categoría de Física. O Biología. O ambas. Se trata del trabajo que publicó un equipo de investigadores chilenos a principios de febrero, titulado "Caminando como dinosaurios: las gallinas con colas artificiales proveen pistas sobre la locomoción de los terópodos no avianos".

Así como se lee, el estudio pretende usar a las gallinas como ventanas al pasado para descubrir cosas nuevas sobre la morfología, postura y movimiento de sus antepasados, los dinosaurios. Utilizar a las aves resulta especialmente útil en este tipo de investigaciones: para nuestra mala fortuna, los restos fósiles han demostrado una y otra vez ser demasiado rígidos como para poder observar –a simple vista y sin el uso de modelos computacionales– cómo caminaban los tiranosaurios y sus primos.

Aunque es verdad que las gallinas son un gran modelo de estudio para inferir la biología de sus familiares extintos, debemos reconocer –ni hablar– que no ofrecen una viva imagen de los dinosaurios. De acuerdo con el equipo de científicos chilenos, existe una diferencia crucial: los dinosaurios tenían cola. En contraste, las gallinas exhiben un trasero más bien plano con el que muchos podríamos sentirnos identificados.

Además de los evidentes efectos estéticos, tener una cola más grande también puede hacer que camines diferente (sobre todo, si te mide unos cuantos metros). Las aves, por ejemplo, caminan agachadas porque se impulsan gracias a la flexión de sus rodillas. Nosotros también podemos caminar así, como se ilustra en este video educativo. Pero se cree que los terópodos no avianos, como el velociraptor y demás dinosaurios bípedos parecidos, tenían una postura más erguida ya que para desplazarse retraían el hueso que se unía a su cadera: el fémur (basta recordar Jurassic Park o ver otro video, da igual).

Las diferencias de locomoción entre ambos grupos se debe al cambio en el centro de masa que, en su definición menos embrollada, es el punto de balance de la masa de un objeto. Es decir, si apoyáramos un pivote en este punto, el objeto estaría en balance perfecto. Mientras el centro de masa en las personas se ubica un poco más abajo del ombligo, en las gallinas se encuentra cerca de la pelvis.

Consciente de que puedes cambiar la manera de caminar de un animal si alteras su centro de masa, el ingenioso equipo chileno –y futuro ganador de los Ig Nobel, según nuestros meticulosos pronósticos– fabricó colas artificiales compuestas por un palo de madera y una base de arcilla. Y sí. Se las pegaron a las gallinas. En el trasero. En consecuencia, el centro de masa cambió y las gallinas adoptaron una postura más vertical.

Pero este estudio va más allá de plantear una nueva forma para conocer cómo se movían aquellos gigantes que la Tierra lleva extrañando unos 65 millones de años, además de recrear algunos de los cambios biomecánic0s que habrían ocurrido durante la evolución de las aves. También es una agradable bocanada de aire fresco que cumple con el rigor y humor necesarios para brillar en el teatro Sanders, este próximo 18 de septiembre.

Piensen en eso antes de dormir.

[El esquema de la gallina gigante muestra como cambia su postura, de una posición normal (gris) a la que adopta cuando tiene la cola artificial (naranja). Los otros dos dibujos pequeños muestran cómo cambia el centro de masa en las gallinas "enchuladas". Ccom es el centro de masa normal; Ecom es el nuevo centro de masa después del experimento. Todas las imágenes tomadas del artículo en PLOS ONE]

Bibliografía:

Nota en Science News | Artículo en PLOS ONE | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales.

¿Cuánto debe cambiar una planta para perder sus cloroplastos?

cadaver En el país de las maravillas, Alicia se encuentra a la oruga y, muy confundida, le dice: “sabía quién era cuando me desperté esta mañana, pero creo que he cambiado varias veces desde entonces”. ¿Se podrá cambiar lo suficiente como para dejar de ser uno mismo? Los integrantes de Historias Cienciacionales no estamos muy seguros de cuántos organismos en la historia de la vida en la Tierra se han hecho esta pregunta filosófica, pero tenemos la ligera sospecha de que por lo menos una planta sí se la ha hecho.

Les presentamos a la flor cadáver, conocida en los libros de botánica como Rafflesia lagascae. Su gran tamaño no es lo único inusual: carece de una característica distintiva del reino vegetal, los cloroplastos. Estos organelos dan a las plantas su color verde, convierten la luz solar en azúcares y llevan a cabo una gran variedad de procesos químicos. Incluso, tienen su propio material genético, un rasgo que ha servido de argumento para la apoyar la teoría de la endosimbiosis (la asociación entre dos organismos, en el que uno habita dentro del otro).

La flor cadáver, que recibe su nombre común del fuerte olor que despide, pertenece a un grupo de plantas que son parásitas de otras y que han perdido la habilidad para realizar fotosíntesis. Al hacer la secuenciación de su material genético para buscar rastros de sus cloroplastos, veremos que la planta lo ha perdido todo.

Los restos de genes de cloroplastos en la flor cadáver provienen de aquellas que le han servido de anfitrionas. Esto significa que el grupo al que pertenecen la flor cadáver es el primero que se observa que carece de material genético de cloroplastos. De tenerlo, está oculto y a niveles muy bajos. Los expertos en el tema sugieren que, una vez que los cloroplastos perdieron su función principal –realizar la fotosíntesis–, los genes se desintegraron gradualmente o se movieron, ya sea al genoma principal o al de la mitocondria, otro organelo.

Cabe mencionar que el color verde y los cloroplastos no es lo que hace a una planta lo que es. Pero así como Alicia ha cambiado mucho desde que amaneció, nuestra flor cadáver ha cambiado lo suficiente como para perder una característica fundamental de las plantas. ¿Cuánto tiempo más necesitará para dejar de ser una planta?

Bibliografía:

Artículo original | Nota Fuente en Science | Imagen | Nota Original en el Blog de Historias Cienciacionales

 

Las formas, la evolución y las matemáticas unidas por el corazón

animalitosRayas o manchas, grandes o chiquitos, ramas y hojas… Pocas cosas causan tanta admiración como la descomunal variedad de formas que exhibe la naturaleza. Pero si le preguntamos a algún científico sobre el origen y evolución de ellas, seguramente levantaría una ceja, se llevaría una mano a la barbilla y nos contestaría que la respuesta sigue siendo un reto. ¿Qué tal si usamos las matemáticas para darnos una ayudadita? La ley de Kleiber es una expresión matemática que explica la relación de la tasa metabólica de los animales con su masa, y es evidencia del gasto energético en sinnúmero de organismos. Ésta menciona que en tanto los organismos se hacen más grandes, su metabolismo y su tiempo de vida aumentan a tasas predecibles. Así se puede explicar por qué el corazón de un ratón late el mismo número de veces que el de un elefante, haciendo una relación entre el número de latidos del corazón por minuto y el tiempo de vida de ambos animales.

A partir de este modelo matemático, se ha propuesto que las formas de plantas y animales evolucionaron en respuesta a los mismos principios físicos, es decir, como formas ideales que resuelven la manera de utilizar la energía de forma eficiente. Se podría decir que los primeros organismos que habitaron la Tierra tenían formas diferentes, pero la selección natural ha actuado en ambos grupos de tal manera que muestran geometrías similares y eficiencias energéticas equivalentes.

Aunque la ley parece explicar la relación entre masa y energía, tiene un factor ausente. Algunos dicen que se debe tomar en cuenta el espacio ocupado por los órganos internos de los animales. Otros proponen enfocarse en las formas fractales de las formas de los organismos, como las ramas de los árboles o los vasos sanguíneos.

Una nueva propuesta toma en cuenta la velocidad a la que los nutrientes son transportados en los cuerpos de los animales, así como la forma en que se deshacen del calor. Al calcular la tasa a la que los corazones bombean sangre, ésta sugiere que la velocidad de flujo es igual a la masa de los animales en una doceava parte. Esto significa que los animales tienen que ajustar el flujo de sus nutrientes y el calor mientras su masa cambia para mantener la mayor eficiencia posible. Por otro lado, el área de la superficie de un árbol y el volumen  que ocupa son casi los mismos y los nutrientes del árbol fluyen a una velocidad constante, independientemente de su tamaño. Dicha propuesta explicaría por qué los animales necesitan de un corazón y los árboles no.

La nueva propuesta completa el poder explicativo de la ley de Kleiber, y es un argumento a favor de la evolución convergente – en la que dos características diferentes evolucionan hasta llegar a la misma solución –, misma que resalta el sustento tanto matemático como de la física.

Bibliografía:

Nota Fuente | Artículo en PNAS | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales

Tragedias prehistóricas

El espécimen maternal con los tres embriones Cada pasillo, rincón o pared del Museo Geológico de la Provincia de Anhui, en China, susurra miles de historias. Historias antiguas, todas ellas extraordinarias: unas tristes, otras violentas y, algunas más, conmovedoras. Con más de dos mil piezas fósiles recolectadas, el museo recopila las voces extintas de unos pocos animales que pisaron el suelo o nadaron en las aguas de una Tierra pasada.

De entre el coro de historias, una resuena particularmente fuerte. Sepultada bajo el breve nombre de AGM I-1, a simple vista no parece ser más que un montón de huesos fosilizados, pero si uno observa con atención podrá leer en la roca el trágico final de una familia atrapada en el tiempo.

Hace 248 millones de años, en algún lugar del vasto mar del Mesozoico, una madre murió durante el parto. Tres eran sus hijos. Uno de ellos, el mayor, salió de su cuerpo, nadó unos cuantos centímetros y ya no volvió a aletear. Otro quedó atrapado en su pelvis, en una suerte de limbo natal, con medio cuerpo fuera y otro medio dentro de mamá. El último, el más pequeño, no cruzó jamás la frontera hacia el mundo exterior y se quedó ahí, paciente, en el interior de su progenitora.

Los cuatro aguardaron juntos y en silencio hasta el año 2010 de nuestra era cuando, con la llegada de septiembre, llegó también Ryosuke Motani, un primate homínido obsesionado con los reptiles marinos del Mesozoico y, en especial, con los ictiosaurios. Por esas fechas, Ryosuke y su equipo desenterraron 80 tumbas, cada una de ellas ocupada por algunos de los ictiosauros más antiguos jamás descubiertos. Pero hubo una en especial que captó el interés de los paleontólogos: la AGM I-1. La madre y sus retoños.

Ryosuke no sólo quedó fascinado por la historia que le contaban los restos de aquella familia, sino también porque significan un cambio de paradigma en la evolución: normalmente, la viviparidad (o el desarrollo de los embriones dentro de su madre) es un proceso observado en la gran mayoría de los mamíferos – con algunos ejemplos raros en otros grupos como artrópodos o peces – mientras que en reptiles predomina la costumbre de poner huevos.Hasta hace poco, se creía que la viviparidad había evolucionado en animales acuáticos que después conquistaron la tierra firme. Pero AGM I-1 demuestra algo muy distinto.

En el fósil, todas las crías están orientadas con el rostro hacia afuera – cosa común, pero en los partos terrestres. Comparados con especies marinas actuales (como tiburones, ballenas y delfines), quienes asoman primero la cola al nacer para evitar ahogarse, los ictiosaurios parecen contradecir los supuestos de muchos años. Para Ryosuke y sus colegas, son un claro indicio de que estos reptiles marinos heredaron de sus ancestros terrestres la capacidad de desarrollarse dentro del vientre materno. Esto quiere decir que los primeros animales vivíparos no nadaban en el mar, sino que se arrastraban en los suelos. "A menos", dice Ryosuke, "que nueva evidencia muestre lo contrario".

En los pasillos del Museo Geológico de la Provincia de Anhui, en China, se escucha el murmullo de los fósiles ahí exhibidos. Uno de ellos cuenta la historia de una madre y sus hijos, pero también la de todo un grupo de hembras que salieron del agua sólo para regresar a ella y, en su retorno, se llevaron a sus crías escondidas en el vientre.

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[La imagen, recuperada del artículo de Ryosuke Motani, muestra un código de colores para observar el espécimen AGM I-1. Las vértebras de la madre están en negro; sus costillas, en verde; su aleta y su pelvis, en azul. El recién nacido se encuentra en rojo; el hijo que estaba en proceso de nacer, en amarillo. El cráneo del embrión atrapado dentro es el anaranjado]

Bibliografía:

Artículo Original en PLOS ONE | Artículo en el Blog de Historias Cienciacionales

Suyo, Míster Darwin

19022014 Quizá la última hoja de papel que llegó a tu buzón sea un recibo de pago, o alguna propaganda indeseada de un restaurante de comida china. Pero uno debe recordar que algún día esas pequeñas cajas recibían hojas de papel llenas de palabras escritas a mano que los destinatarios esperaban con expectación. Eran cartas de amor, de odio, de saludo, de afecto, de discusión, de invitación, de disculpa, de tentación, escritas directamente con la mano sobre el papel. Había también, por supuesto, cartas científicas. Uno de los personajes más prolíficos en su escritura epistolar fue Charles Darwin, a quien hace poco le celebramos 205 años de su nacimiento.

Con cerca de 15,000 cartas escritas o recibidas, Darwin hizo gran parte de su trabajo científico a través de cartas. Es decir, la mayoría de sus destinatarios eran colegas naturalistas con quienes se enzarzaba en gruesas discusiones sobre el origen de las especies o a quienes pedía consejo para revisar partes de sus escritos. Después de tanta tinta intercambiada, muchos de esos colegas terminaban siendo sus más queridos amigos. Sucedió así con el botánico Joseph Hooker, a quien estuvieron dirigidas cerca de 1,400 de las cartas que Darwin escribió. Hooker fue el primero a quien Darwin le contó sobre sus ideas evolucionistas, en ese famoso pasaje que dice: “Estoy casi convencido (contrariamente a la opinión que tenía al comenzar) de que las especies no son (es casi como confesar un asesinato) inmutables.” Y unas líneas más abajo, le hace saber que tiene una explicación viable, que no se parece en nada a “las tonterías de Lamarck”: “Creo que he encontrado (¡vaya osadía!) la forma más simple por la cual las especies se adaptan exquisitamente a varios fines.”

La cercanía de estos naturalistas creció hasta tal grado que algunas de las cartas más emotivas escritas por Darwin iban dirigidas a Hooker, como aquella en la que le contaba de la muerte de su nuera durante el parto; pero también algunas de las más emotivas que Darwin recibió fueron del mismo Hooker, como aquella en la que el botánico le hacía saber de la muerte de su hija de 6 años, escrita tan sólo una hora después del fallecimiento. Es probable que si Darwin realmente hubiera cometido un asesinato, se lo hubiera confesado a Hooker, también por carta.

Por carta, Darwin también escribió a su mentor, el geólogo Charles Lyell mientras viajaba por el mundo en el Beagle; por carta recibió una síntesis de las ideas de Alfred Russell Wallace sobre la inmutabilidad de las especies, que lo llevó a ordenar sus notas y publicar El Origen de las especies un año después; por carta discutió con numerosos naturalistas, como el botánico Asa Gray y el zoólogo Thomas Henry Huxley (quien se convertiría en un acérrimo defensor de las ideas darwinianas). El estudio de este material epistolar es tan importante para el entendimiento de la figura de Darwin que la Universidad de Cambridge recientemente reunió todas las cartas conocidas del naturalista inglés y las publicó en 20 volúmenes. En ellas se observa, según la página de presentación del proyecto, “una imagen notablemente completa del desarrollo de su pensamiento”.

En el 205 aniversario del nacimiento de Darwin, podemos comenzar a seguir su ejemplo y escribir algunas cartas (virtuales también cuentan; nos gusta el siglo XXI) en las que, dentro de algunos años, alguien encuentre también una imagen del desarrollo de nuestro pensamiento.

Suyos,

Historias Cienciacionales.

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En este sitio de la Universidad de Cambridge puedes leer cerca de 1,000 cartas de Darwin, entre ellas, muchas de las dirigidas a Hooker: http://www.darwinproject.ac.uk/darwins-letters

Este es el top ten de las cartas entre Hooker y Darwin según los curadores del sitio de Cambridge: http://www.darwinproject.ac.uk/darwin-hooker-letters

Aquí el texto completo del primer libro sobre las cartas de Darwin, escrito por su hijo Francis. http://darwin-online.org.uk/content/frameset?viewtype=text&itemID=F1452.1&pageseq=1

Y aquí algunas felicitaciones de cumpleaños que Darwin recibió por carta: www.darwinproject.ac.uk/editors-blog/2012/02/10/happy-203rd-birthday-charles-darwin/

Y ya entrados en calor, El Origen de las Especies, tomo 1: http://www.traduccionliteraria.org/biblib/D/D1011.pdf

Y tomo 2: http://www.traduccionliteraria.org/biblib/D/D1012.pdf

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Bibliografía:

Nota en el blog de Historias Cienciacionales

Doce universos bacterianos que no han dejado de evolucionar tras 25 años (ni lo harán)

Richard Lenski y algunas de las generaciones de bacterias congeladas (aunque están empezando a descongelarse y tal vez por eso no se le ve tan feliz en la foto). A la derecha, uno de los matraces donde crecen y se reproducen las bacterias de Lenski, celebrando los 25 años de experimento (probablemente después de una buena dosis de alcohol). [NPR.org]¿Qué estabas haciendo el 24 de febrero de 1988? Así fuera babear tu babero, aprender a gatear, aprender a leer, decir tu primera grosería o coexistir simultáneamente como espermatozoide y óvulo en el interior de tus padres, seguro nada de eso ha sido tan importante para la ciencia como lo que ocurrió en el laboratorio de Richard Lenski en la Universidad Estatal de Michigan. Ese año, a Lenski se le ocurrió abordar una pregunta realmente filosófica sobre la evolución biológica de la manera menos teórica posible. La pregunta era "¿puede la evolución producir dos veces el mismo resultado?"; el método elegido fue un experimento. Todos sabemos que los seres vivos evolucionan a lo largo de las generaciones y que mientras más generaciones pasan más se notan sus efectos. Pensando en esto, Lenski y sus estudiantes eligieron bacterias de la especie Escherichia coli, que en condiciones de laboratorio engendran una nueva generación más o menos cada hora. Así podrían seguir el cambio en estos microorganismos en el tiempo de vida de un investigador o, en el peor de los casos, en lo que dura un doctorado.

El procedimiento del experimento era sencillo. Pusieron a las bacterias en matraces con medio de cultivo con sólo glucosa como nutriente y las dejaron incubando toda la noche. Al día siguiente, después de que las bacterias agotaran su glucosa y pasaran varias horas con la panza vacía, tomaron un poco del cultivo y lo pasaron a un nuevo matraz con medio fresco y suculento y las dejaron incubando toda la noche en el placer de más comida. Y eso es todo. Suena sencillo, pero lo que distingue al experimento de Lenski y sus colegas de otros son dos cosas: una es que han hecho el mismo procedimiento cada día durante veinticinco años y, dos, que no sólo pusieron un frasco con cultivo de bacterias, sino doce al mismo tiempo. Estos doce cultivos provenían todos de la misma cepa de bacteria; es decir, comenzaron con prácticamente la misma información genética. Lenski y sus colegas querían observar si en cada uno de los doce frascos las bacterias tomaban diferentes caminos evolutivos aun cuando todos tuvieran las mismas condiciones de nutrientes e incluso compartieran la misma charola en la incubadora. Digamos, fue como si hubieran puesto doce universos a correr desde el principio.

A la fecha, el experimento lleva más de 50,000 generaciones de bacterias y el método no ha variado. Lenski y su equipo han conservado muestras de los cultivos cada 500 generaciones. Como las bacterias soportan bien la congelación, se puede meter una muestra de cada linaje al congelador y luego revivirla cuando sea necesario. Así que ahora tienen más de 100 momentos congelados de la historia evolutiva de cada uno de los doce linajes. Los resultados que ha producido el Experimento de Evolución a Largo Plazo (o LTEE por sus siglas en inglés), como Lenski lo ha bautizado, son tantos que valdría la pena revisarlos en un texto más profundo (algo a lo que nos comprometemos desde hoy). Sin embargo, podemos resumir diciendo que por lo menos la pregunta original se pudo contestar desde el principio. Esos doce pueblos de bacterias realmente siguieron distintos caminos evolutivos. Cuando analizaron las diferencias genéticas entre los doce linajes, los investigadores encontraron que, aunque todos los linajes crecían cada vez más rápido, cada uno lo hacía con sus propias mutaciones. Con el tiempo, un linaje incluso desarrolló los medios metabólicos para usar como nutriente un compuesto que ningún otro linaje puede comer. Con el tiempo, algunos linajes dieron lugar a dos diferentes formas de bacterias que coexisten en el mismo frasco. Con el tiempo, algunos linajes comenzaron a mutar más frecuentemente que otros. Lenski no espera saber todo lo que aguarda en los doce futuros de sus frascos, aunque en un artículo publicado esta semana en Science, en coautoría con dos de sus estudiantes, aventura una respuesta.

La forma más directa de saber si las colonias han cambiado a lo largo de las generaciones es ponerlas a competir directamente con sus ancestros y observar cuáles crecen más rápido en el mismo medio. Esto es lo que se entendería, de manera amplia, como adecuación o eficacia en la jerga de los biólogos evolutivos. Las colonias más adecuadas (o, por usar la palabra que le gustaba a Darwin, las más aptas) serían aquellas que se reprodujesen más rápido. Si se quiere, esa capacidad de reproducción se puede ver como un indicador de qué tan bien se están adaptando las bacterias al medio. Luego de comparar las adecuaciones de los doce linajes en su estado actual con las generaciones ancestrales, Michael J. Wiser, uno de los estudiantes de Lenski y primer autor de este estudio, encontró que las generaciones nuevas siempre eran más adecuadas que las anteriores. Es decir, las tasas de reproducción aumentan con el tiempo, así sea un aumento pequeño. Eso no significa que esas bacterias que están evolucionando en un laboratorio de la Universidad Estatal de Michigan llegarán algún día a ser las mejores bacterias del mundo. En realidad, sólo llegarán a ser las mejores bacterias en el mundo de los matraces con medio de cultivo de glucosa. Se están adaptando a su medio en particular y cada linaje lo hace a su modo. Lo que quizá sea más sorprendente es que es probable que nunca dejen de estar adaptándose, a pesar de que su ambiente se mantiene constante. Cuando Wiser generó distintos modelos matemáticos para averiguar cuál predecía mejor la forma en que las bacterias se han hecho cada vez más adecuadas, encontró que los datos se ajustaban mucho mejor a un modelo de crecimiento llamado ley de potencias. En este modelo, el cambio es rápido al inicio, pero luego se vuelve cada vez más lento hasta el punto en el que parece que ya no habrá más cambio; sin embargo, ese punto nunca llega. La gráfica de potencia no tiene límite superior. Wiser dice, para el sitio de noticias de su universidad, que es como estar escalando siempre los últimos pasos del pico de una montaña.

La pregunta que surge enseguida es "¿entonces las bacterias tendrán algún día una adecuación infinita?" ¿Es siquiera eso posible? Sarah Crespi, reportera de la revista Science le hizo esta pregunta a Lenski en una entrevista reciente. Fiel a su tradición, él contestó con otro experimento, pero esta vez imaginario.

Aquí lo parafraseamos: Supongamos que alguien seguirá el LTEE después de que yo muera, y que también alcanzará a generar 50,000 generaciones de bacterias. Y supongamos que ese científico algún día le pasa la estafeta a una nueva generación de científicos, que genera la misma cantidad de generaciones bacterianas, y así y así hasta que el experimento alcance las 50,000 generaciones de científicos. En ese momento, se tendrían 2.5 mil millones de generaciones de bacterias, cada una con mayor adecuación que la anterior. ¿Eso significaría que tendríamos algo como bacterias que se reproducen cada 2 segundos? No. Aunque el modelo predice que habrá aumento constante en la adecuación, la cifra que arroja para la generación 2.5 mil millones es la de una colonia con una adecuación 4.7 veces mayor que la generación original. Esto significa, que se reproducirá en unos 23 minutos, una tasa que se ha observado en otras especies bacterianas, eso sí, sólo cuando hay abundancia de recursos. (Lenski no menciona nada sobre si esos científicos, luego de 50,000 generaciones, casi un millón y medio de años, seguirán siendo humanos o qué. Tal vez basta con que tengan manos y ganas de hacer doctorados.)

El experimento de los doce linajes bacterianos de Lenski todavía tiene muchos frutos que ofrecer. Luego de veinticinco años, se ha convertido en el experimento sobre evolución más importante que se haya hecho. Y para celebrarlo, Historias Cienciacionales te propone una actividad interesante. Si tú también tienes alrededor de 25 años, junta a 11 de tus amigos, preferentemente muy cercanos, (lo mejor sería que hayan vivido en la misma charola de la incubadora), colecten las Escherichia coli que habitan en los intestinos de cada uno (con el método de su preferencia), y échenle un ojo a los genes de esos microorganismos. Seguro encontrarán que las panzas de cada uno de ustedes tiene una historia evolutiva muy diferente que contar (más aún si tus 11 amigos y tú no han vivido en la misma incubadora; recordemos que el experimento de Lenski no ha variado en nada las condiciones). Luego, reporten sus resultados en una revista científica. Tal vez, sólo tal vez, así resarciremos un poco a la ciencia por haber estado babeando, gateando o haciendo la singamia el 24 de febrero de 1988, cuando "el hombre que embotelló la evolución", como se le ha llamado a Lenski, sembró su primera generación de bacterias.

 

Bibliografía:

 

El artículo más reciente de Lenski, en coautoría con Wiser | Comunicado de la Universidad de Michigan sobre dicho artículo | Entrevista en podcast para Science | Sitio oficial del laboratorio de Lenski, con mucho contenido educativo y hasta el procedimiento para crear tu propio experimento de evolución a largo plazo.