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viernes, 20 de diciembre de 2019

El azar en poblaciones pequeñas


Hablar del tamaño de las poblaciones es hablar de un tema controvertido. Tal vez sean pocos quienes hayan reflexionado sobre este tema. Es posible, incluso, que haya quienes piensen que dichos tamaños pueden ser ilimitados. ¿Es así?

viernes, 2 de agosto de 2019

Genes inmigrantes


Quiero insistir en lo que escribí en mi entrada anterior, pero ahora utilizando otros aspectos más biológicos y teóricos. Por eso, en algunos casos me repito en los ejemplos dados allí.

miércoles, 31 de octubre de 2018

Los dos tipos de estudio en Biología


La biología puede ser considerada como una ciencia con dos temas y dos modos de estudio. Parecen completamente dispares cuando se les observa de manera superficial pero, tras un análisis hecho de modo pormenorizado, resultan complementarios.

martes, 12 de diciembre de 2017

Cumpleaños (3): Sobre el legado de Charles Darwin

En este año de 2009 celebramos el doscientos aniversario del nacimiento de Charles Darwin y el 150 de la publicación del “Origen de las especies” Este doble aniversario hace que por todas partes aparezcan actos y más actos de conmemoración y glosa de la efeméride.
Podríamos preguntar cuál es la importancia de la obra de Darwin, su contribución al mundo del conocimiento y, entonces, deberíamos reflexionar antes de ponernos a hablar. Pues son muchos los que lo critican, lo menosprecian e, incluso, lo maldicen sin conocer en absoluto nada de cuanto dijo. Somos así, tan sabios que podemos descalificar trabajos ajenos sin siquiera conocerlos.
He aquí nuestra constante alternativa: el corazón o la mente, la fe o la razón, los mitos o la ciencia. En estos dilemas siempre ganaron la mente, la razón y la ciencia, pero siempre después de largas y dolorosas batallas. Los impulsores del conocimiento mediante novedades que podían alterar el orden establecido, sistemáticamente fueron apartados del mundo oficial con fórmulas más o menos ruines, formando de este modo una lista de nombres malditos, conocida por todos nosotros: Galileo, Copérnico, Kepler, G. Bruno, Servet y una amplia nómina en la que también, y por derecho propio, está Darwin. ¿Que quién hizo esa lista? Los defensores de los mitos, los autonominados depositarios y defensores del conocimiento, del saber y de su docencia.


¿Qué hizo Darwin? En primer lugar, se dio cuenta de que la variabilidad de los seres vivos puede ser hereditaria, y esto abrió conceptualmente las puertas a la biología moderna. También se percató de que los individuos interactúan con su medio y, por tanto, pueden estar más o menos adaptados a él. Puesto que los seres vivos interactúan con su ambiente, sus procesos dependen de dos variables: los factores conocidos actualmente bajo el nombre de intrínsecos (propios del individuo y de sus posibilidades) y los externos, los ambientales, los extrínsecos. De acuerdo con esa relación surge el concepto de adaptación para explicar la adecuación de tales individuos a las posibilidades que les ofrece el entorno en que viven. Darwin habla de los más y de los menos adaptados. La adaptación es un valor variable y, por tanto, no a todos los individuos les irá igual en su lucha por la vida. En esa lucha resultarán beneficiados los más adaptados a su ambiente, que no tienen que ser los más fuertes como ahora dicen que dijo. Cuando esa situación de ventaja es debida a caracteres hereditarios, dice Darwin, esos individuos beneficiados en la lucha por la vida tendrán más hijos, de modo que los caracteres confieren mayor adaptación pueden aparecer con mayor frecuencia en la siguiente generación, originando, por consiguiente, una descendencia modificada. De este modo, los seres se van transformando y diversificando a lo largo del tiempo en un proceso que sigue actuando.


Estas ideas las expuso en el libro del que en este año celebramos el 150 aniversario de su primera edición. Es uno de los pocos casos que marca claramente un antes y un después en la historia del conocimiento, no solo en el terreno biológico. Por vez primera se habla en él de seres vivos en conjunto y por eso, siempre que puede, Darwin emplea ejemplos de animales y vegetales, para indicar que los procesos descritos vienen a ser los mismos en los dos reinos entonces conocidos. Al final, y de modo tímido después de hablar de herencia con modificación, sugiere el posible origen común de todos los seres vivos. Lo dice como de pasada, pero allí queda dicho. Hoy en día, gracias a pruebas moleculares, niadie discute esa posibilidad. Es curioso, pero a mi no me deja de asombrar toda la clarividencia biológica de Darwin en un momento en el que se empezaban a poner las bases científicas y conceptuales de la biología moderna. A lo largo de la obra no deja de sorprender lo acertado de sus comentarios sobre temas tan actuales como colonización, extinción, competitividad y otros. En este plan, muchos criterios y conceptos biológicos cotidianos se los debemos a Darwin.


He ahí parte de su legado. Entonces, ¿por qué entró a formar parte de la nómina de los malditos? Es sencillo de comprender: rompía un reducto de los mitos explicativos del mundo. Darwin decía que todos los seres vivos teníamos el mismo origen, ¿Dónde quedaba, entonces, la idea del hombre como supuesto Rey de la Creación? ¿E, incluso, dónde la labor creadora de Dios? Esto era algo imperdonable para aquellos que mantenían la capacidad de juzgar las obras del pensamiento. La maldición que cayó sobre Darwin perdura todavía, pues no son pocos aquellos que prefieren el mito a los hechos científicamente probados, tal vez porque esos mitos dan una seguridad que no da la ciencia. Es muy posible que aún no se hayan enterado de que entre las finalidades de la ciencia no está la de conferir seguridad.

Publicado en Xornal de noticias, de Vigo, en febrero de 2009

viernes, 22 de septiembre de 2017

Genes inmigrantes


Vamos a echar unas cuentas. Supongamos una población natural de 100 mamíferos. Incluso, y ya es mucho suponer, pensemos que forman 50 parejas, es decir hay 50 machos y 50 hembras. Para ese tamaño censal de población, el tamaño eficaz es el máximo.

Vámonos a los orígenes de esos 100 individuos. Se han formado gracias a 200 gametos, 100 óvulos y 100 espermatozoides. Hay, por tanto, 200 copias de cada gen en esa población (salvo los ligados al sexo, de los que hay 150). Vamos a descartar la más que segura consanguinidad entre esos 100 mamíferos componentes de esta hipotética población.


Algunas poblaciones de aves son muy numerosas 

Si la tasa de mutación para cada gen viene a ser de un mutante nuevo por millón de gametos, podemos calcular que en estos 200 gametos hay pocas mutaciones nuevas y que, por tanto, será escasa la variabilidad génica que se pueda estar generando en sucesivas generaciones. 

Indudablemente, es en esa variabilidad donde está encerrada la posibilidad de adaptación ante posibles cambios que se produzcan, en las condiciones ambientales en las que se desarrollan las actividades de esta imaginaria población. Pero muchos saben que este tamaño de 100 individuos es una estima alta y que, normalmente, las poblaciones naturales de mamíferos suelen ser menos numerosas. 

Las poblaciones de mamíferos
son de menor tamaño
En estos casos de pequeñas poblaciones, podemos calcular que la mutación, aunque real, es un fenómeno escaso, casi ausente de ellas y, puesto que son la fuente principal de variabilidad génica, la única variabilidad que puede existir en esta población es la genotípica. Es decir, genotipos diferentes, siendo los genotipos las combinaciones de alelos disponibles. Pero los genotipos son efímeros en animales, sólo duran lo que dura un individuo, pues al formar gametos se disgregan. En vegetales, debido a su posibilidad de reproducción asexual, los genotipos pueden ser más duraderos. 

En poblaciones pequeñas, y una formada por 100 individuos lo es, existe un gran peligro de consanguinidad, con todo lo que esto lleva consigo de negativo. En poblaciones exiguas, no sólo es peligrosa la poca variabilidad génica, también es alarmante la alta tasa de consanguinidad que puede existir entre sus miembros. 

Poblaciones humanas pequeñas suelen
tener problemas genéticos
Existe otra fuente natural de variabilidad génica, y es la inmigración. Consiste en la llegada a una población de un individuo de la misma especie, pero procedente de una población alejada. Que venga o no para quedarse, es cosa de fábulas. Lo importante es que se cruce con individuos residentes de la población y deje descendencia con sus genes que, con toda probabilidad, no todos ellos serán iguales a los existentes en la población de acogida. 

La frecuencia de aparición de los alelos así llegados a esa población receptora es mucho más alta que la que podría esperarse si apareciesen en gametos. Además, la probabilidad de que el gameto portador del nuevo mutante alcanzase el estado adulto es muy remota, y en el caso del inmigrante, llega como adulto que ha superado la acción de la selección natural. Todo son ventajas, como vemos. 

En algunas tribus africanas, los muchachos
inmigrantes son muy bienvenidos
¿Quién es mejor inmigrante, un macho o una hembra? Hay estudios, no rigurosamente confirmados, que indican que los individuos foráneos poseen mayor éxito reproductor que los residentes, incluso en humanos. Pero una hembra de mamífero, debido a su modo de reproducción, está ocupada en la procreación durante un cierto tiempo, mientras que un macho puede reproducirse de modo más despreocupado, al no tener problemas de dedicación a la progenie. 

He comentado situaciones similares en humanos, cómo chicos y chicas adoptan modos y costumbres tendentes a romper situaciones consanguíneas. Hay situaciones históricas que nos hablan de mezclas de poblaciones originadas por migraciones, dando como resultado un enriquecimiento biológico en todos los sentidos. También se citan casos de tribus africanas en las que, cuando llega un muchacho procedente de otra tribu, se le premia eximiéndoles de los trabajos tribales durante un año. Este es un caso comparable al de los machos inmigrantes que he comentado. 

En la actualidad existen programas de renovación génica para poblaciones naturales en peligro. Se hacen al amparo de parques zoológicos y consisten en intercambios recíprocos de machos procedentes de las zonas geográficas afectadas. Esos machos se mantienen con hembras de las poblaciones receptoras durante un tiempo, pasado el cual, el macho se retorna a su población originaria pero ha dejado copias de sus genes en las poblaciones de las que procedían las hembras. Realmente, se ha copiado el efecto que podría haber tenido la inmigración de ese macho. Nacerán hijos suyos con alelos nuevos en las poblaciones receptoras, pero todos ellos serán medio hermanos. La consanguinidad previa no se elimina, pero al menos se conjura el peligro de poca variabilidad génica. 

Lo del tamaño de población es un problema en todos estos casos. Pocos individuos, aparte de ser parientes, no pueden presentar una amplia variabilidad genotípica. Esta variabilidad se refiere a los diversos genotipos que se pueden generar a partir de una variabilidad alélica determinada. El que existan mucha variabilidad genotípica es importante de cara a la selección natural, pues no todos los genotipos posibles tienen la misma capacidad adaptativa

Y de eso se trata en la supervivencia de una población, de que haya individuos portadores de genotipos con diversa capacidad adaptativa, de modo que la selección natural, pueda escoger entre ellos. La selección natural escoge, pero para eso es necesario que haya variabilidad donde escoger.

viernes, 14 de octubre de 2016

Pastor angelicus

Comento la postura de las iglesias cristianas en relación a la evolución humana. Hago más hincapié en la doctrina católica, pues es la que mejor conozco. Todo esto acompañado de alguna reflexión por mi parte.
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Pio XII, un Papa controvertido, fue anunciado como Pastor angelicus en la profecías de S. Malaquías. Aristocrático e intelectual, procuró poner al día la doctrina de la Iglesia conforme a los avances de la ciencia en todos los órdenes, cuando el siglo XX rondaba su mitad. En 1950 publicó la encíclica Humani generis, en la que se refiere a los conocimientos evolutivos, fundamentalmente humanos, y cómo interpretarlos a la luz de la doctrina católica.

PIO XII


Hasta entonces, los conocimientos religiosos acerca del mundo habían estado plasmados en la Biblia, considerada como el único libro portador de la verdad. Pero muchos siglos antes, S. Agustín ya había intuido que aparecerían dificultades en su interpretación, creando el concepto de Teología Natural.



Según este concepto, Dios se manifiesta al hombre de dos modos: o bien por lo que dice de sí mismo, en la Biblia, o bien mediante sus obras. Así, estudiar los fenómenos naturales no sólo es conocer la naturaleza; también es conocer a Dios a través de ella. Entre ambos aportes de información no debe, no puede, haber contradicción. Y si la hay, es porque nuestra interpretación es errónea. 


ANTEPASADO NUESTRO


Este modo de estudio y de comprender la naturaleza rigió hasta el siglo XVIII. En esa época fueron muchos los científicos europeos que se lo cuestionaron. Por otra parte, hasta entonces había sido costumbre que los autores presentasen su idea de Dios en sus obras y cómo intervenía en sus descubrimientos. Es decir, en sus libros lo tenían presente.

Por una parte, una visión teísta del mundo, planteaba un Creador interviniendo constantemente en su obra, no permitiendo ningún desarreglo en ella. Por la contra, los deístas creían en un Dios que había creado el mundo, del cual luego se había desentendido, no sin antes haberlo dotado de leyes inexorables para su funcionamiento. Para la teología natural, estudiar esas leyes constituía un modo de estudiar la obra divina. El siglo XIX fue convulso en ideas, pues científicos de alta talla defendieron una u otra postura, si bien había datos de difícil explicación, como la existencia de fósiles representando a seres extinguidos. ¿Por qué se habían producido las extinciones?

UTENSILIOS ANCESTRALES


Hoy, los estudios evolutivos están normalizados en Europa, o casi. Hay algunas religiones protestantes que excomulgan a sus miembros que estudien estos temas, como es el caso de un amigo mío. También, en algunos Estados de Norteamérica, si en sus planes de estudio se incluyen de evolución, es preciso incluir en ellos un idéntico número de horas lectivas dedicadas a temas bíblicos.

No deja de sorprenderme la beligerancia de algunas personas con temas biológicos cuando pueden entrar en controversia con la Biblia. Con temas de física, y hay muchos en los libros sagrados, no ocurre nada, así como con temas de zoología. La discusión ciega se produce cuando se trata del origen del hombre y su filogenia.

ANTEPASADOS NUESTROS CON FUEGO

Pío XII, en la encíclica que he mencionado, la Humani generis, establece sólo dos condiciones conceptuales y de fe para los estudios de los procesos evolutivos. El primero de ellos, es el origen divino de la creación. El segundo es la intervención divina en el momento de infundir un alma a nuestro precursor orgánico. Puesto que ambas situaciones no son científicas, no es posible repetirlas experimentalmente, se salen del campo de la ciencia para pasar al del pensamiento. Y aquí cada uno, bajo su responsabilidad, puede pensar lo que quiera.

¿Cuándo se admite que los prehomínidos ya tenían conciencia de su propia dignidad? Cuando en las excavaciones, junto a poblados rudimentarios, aparecen enterramientos. En aquel momento, nuestros antepasados conferían a los cadáveres de congéneres una dimensión especial, que los hacía dignos de ser reverenciados.

ARTE ANCESTRAL

Después de celebrado el Concilio Vaticano II  se puso énfasis en la diferencia entre el espíritu alegórico y el real de los escritos bíblicos. En este sentido, hace poco que el Papa Francisco ha dicho que no ve contradicción entre la teoría del Big.Bang y lo relatado en el Génesis.

En estos últimos tiempos se han realizado descubrimientos espectaculares acerca de nuestra historia como homínidos y prehomínidos. Mi conocimiento de ese tema no deja de ser superficial, y lo lamento. No tengo conocimientos sólidos de paleontología y noto mis carencias, pero sí creo que es precisa una síntesis de conocimientos de Biología Evolutiva, Paleontología, Antropología Física y geología para que nos ofrezcan una interpretación coherente de unos hechos, que a todos nos interesan.

Porque hay muchas corrientes de pensamiento, no científicas, que pretenden imponernos “su” manera de pensar. A veces me gustaría que me presentasen su concepto de ser vivo, por ejemplo. O el papel del azar en biología. Porque no faltan quienes defienden que todo estaba determinado, como está determinado que caiga una piedra que tengo en la mano y la suelto. Eso del determinismo biológico ha sido algo que tuvo sus defensores en tiempos pasados, pero hoy creo que pocos le quedan.

Otra cosa es el azar. Hace como medio siglo, se atribuían al azar las causas de hechos que resultaban desconocidas. Si no se sabía el porqué de un fenómeno, se decía que era aleatorio. Muchos de aquellos hechos debidos al azar, hoy son perfectamente conocidos y predecibles. Otra cosa es el papel del azar en los grandes hechos desencadenados en nuestra historia como seres vivos. Una tormenta, una inundación, una erupción volcánica, pudieron haber tenido una gran trascendencia en la historia evolutiva y, sin embargo, son hechos que atribuimos al azar.


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miércoles, 29 de junio de 2016

Semejanzas y frecuencias

Al pasear por el campo o por caminos más o menos rurales, podremos encontrarnos con poblaciones de ortigas situadas en taludes o al pie de tapias o de muros. Si nos detenemos a mirarlas con atención, veremos que junto a esas ortigas hay otras hierbas, otras plantas, parecidas a ellas, pero inocuas. Suele ocurrir así, que las masas de ortigas están siempre (es un decir) acompañadas de ese cortejo de plantas inofensivas, pero parecidas a ellas.

LA PLANTA MODELO. LA ORTIGA
¿Tiene esto alguna causa, alguna explicación biológica? Sí que la tiene. Se llama mimetismo batesiano, en honor a H. W. Bates, el científico británico que, en el siglo XIX, describió este comportamiento. Consiste en que varias especies inofensivas se parecen entre sí y a otra que sí es peligrosa o de sabor repugnante. Con esto se consigue eludir la acción agresiva de los predadores. En el caso que comento, la especie agresiva, la modelo, es la ortiga y las demás crecen a su lado careciendo de agresividad, pero simulando poseerla. Lo que ocurre es que si un predador, un herbívoro en este caso, ingiere una hoja de ortiga, se sentirá dañado. Fijará en su memoria el patrón de la hoja dañina y no volverá a intentar comer ninguna planta con ese aspecto. Ahí tenemos el efecto de protección de la ortiga hacia sus plantas parecidas, que se cobijan en su vecindad de modo que casi no crecen en ninguna otra parte.
BRUNELLA  (IMITADORA)

No digo que no crezcan, claro que sí crecen, pero con restricciones, pues cuando las semillas son esparcidas a voleo, llevadas por el viento, caen en todas partes y, si se dan las condiciones apropiadas, germinan y crecen. Es entonces cuando se puede notar el efecto protector de la vecindad de las ortigas. Si las hay donde estas plantas crecen, los herbívoros, caracoles y larvas en su mayoría, se habrán marchado del lugar y las plantas inocuas de las que hablo podrán crecer tranquilamente al amparo del modelo que imitan, la ortiga. Si no hay ortigas, las plantas son comidas, dándonos la sensación de que allí no han crecido, lo cual no deja de ser cierto.

PARIETARIA  (IMITADORA)

También hay casos similares en animales, en los que formas inocuas imitan algún modelo con sabor desagradable.

Se supone que, evolutivamente, primero apareció el comportamiento tóxico o agresivo de la especie modelo, la imitada. Otras especies, compartían hábitat con ella y eran inocuas. Pero si por mutación adquirieron alguna similitud con la planta modelo, encontraron que la selección natural las favorecía. A veces, tal favor llegó a provocar que las formas imitadoras fuesen las únicas capaces de alcanzar el estado reproductor, formando flores y las consiguientes semillas. Repito, si tales morfologías imitadoras estaban causadas por factores de naturaleza hereditaria, los genes responsables fueron pasando a las generaciones siguientes, de modo que en cada generación aparecieron las formas imitadoras de modo repetido. Hoy, todos los miembros de estas especies poseen las morfologías capaces de generar la confusión de los predadores.

MENTA  (IMITADORA)

Insisto en que esta disposición la podemos ver en cualquier camino o campo en que haya ortigas. Las especies acompañantes crecen a su amparo y las veremos sin mayor dificultad por nuestra parte.

No obstante, las cosas pueden no ser tan sencillas. Hay un factor muy a tener en cuenta y son las frecuencias de la forma modelo (la ortiga en este caso) y las imitadoras. Entre las imitadoras hay menta, brunela, parietaria, echium y otras de la misma familia que la ortiga, Labiadas, y de morfologías muy semejantes, como vengo diciendo.
PARIETARIA  (IMITADORA)

Todo el efecto beneficioso del mismetismo batesiano se consigue cuando el herbívoro ingiere una ortiga antes que ninguna otra planta. Es decir, la probabilidad de ingerir la planta tóxica ha de ser más alta que la de ingerir una inocua. Esto ocurre cuando la ortiga es la especie más frecuente en ese lugar. Pero para que los predadores aprendan, las ortigas han de ser comidas. Al menos cada herbívoro la agrede una vez y así aprende desencadenándose en él el reflejo condicionado de no repetir mordisco a esa planta (ni a las formas imitadoras). Quiero advertir que la ortiga sufre la acción agresora del predador. En estos casos, las formas imitadoras quedan resguardadas. Tal dinámica puede hacer que, con el tiempo, las ortigas vayan disminuyendo su presencia en ese lugar, como así ocurre.

Cuando haya menos ortigas, disminuirá la probabilidad de que sean ingeridas en primer lugar y las formas inocuas comenzarán a ser depredadas por falta de abundantes modelos agresivos. No siendo agredidas las ortigas debido a la cantidad de formas inocuas, volverán a ser frecuentes y se restablecerá un equilibrio que será estable cuando haya más ortigas que formas inocuas, amparadas bajo la ayuda de su morfología agresiva.

ECHIUM   (IMITADORA)

Es este un modelo dinámico frecuente en la naturaleza, en el que las formas favorecidas no lo son por motivos inherentes a ellas mismas. Ocurre algo similar en el mundo animal con las relaciones predador-presa. Cuando aumentan los predadores, disminuyen las presas. Esto desencadena una disminución de predadores con el consiguiente aumento de presas. Y así van alternando las frecuencias relativas de una y otra especie.

En estos casos la selección natural no protege formas concretas, más bien en estas comunidades de especies interrelacionadas, se favorecen las formas menos frecuentes. Se genera un equilibrio dinámico que conocemos como “selección dependiente de las frecuencias”.


viernes, 24 de junio de 2016

Resolviendo la necesidad de luz

A veces imaginamos que en el mundo de los seres vivos, al que pertenecemos, sólo hay una solución para los problemas que puedan aparecer. Algo muy lejos de la realidad. Entre los seres vivos, con unas funciones concretas que realizar (nutrición, relación, reproducción), cada grupo se organiza del modo que puede para llevarlas a cabo. Y, si son grupos existentes en la actualidad, podemos decir sin miedo a equivocarnos, que las realizan muy bien. Han superado la actuación de la Selección Naturalhasta hoy.

RAÍCES ADVENTICEAS DE HIEDRA

El papel de la luz es muy importante en el mundo vegetal. Cada grupo de plantas tiene sus estrategias para satisfacer sus necesidades. Las hay con pocos requerimientos de luz y viven en zonas donde llega poca, como son fondos de selva, de bosque, interior de pozos y otros hábitats donde reina la penumbra. Son plantas acostumbradas a esos pocos aportes de luz, pero crecen con todo su vigor y con morfologías adaptadas a estas condiciones. De un intenso color verde, son las que, luego, muchas de ellas forman el catálogo de nuestras plantas domésticas de interior, que viven en ambientes umbríos y requieren ciertos aportes de riego.

Hay otras plantas, no leñosas, que tienen necesidades de luz, pero no disponen de un porte adecuado que les permita crecer hasta alturas suficientes como para satisfacer esas necesidades. Trepan hasta alcanzar esos niveles de luz y, por tanto, se les conoce como plantas trepadoras.


ZARCILLO PARA SUSTENTARSE

El trepar es una estrategia a la que han llegado desde posiciones taxonómicas muy diversas y utilizando estructuras muy diferentes, pero que permiten a las plantas poderse encaramar y así beneficiarse de un buen nivel de luminosidad. Voy a comentar tres tipos de estructuras que permiten trepar. Los tres ocurren en plantas conocidas por todos.

El primero de ellos es el de la hiedra, que forma raíces llamadas adventicias. A lo largo de los tallos, también en los nudos donde nacen las hojas opuestas, se forman manojos de raíces cortas que se adhieren a superficies fijas, como son paredes o troncos, gracias a las cuales la planta se va fijando, creciendo, trepando y, por tanto, consiguiendo alcanzar la luz.


MADRESELVA ENROSCÁNDOSE
PARA TREPAR

La madreselva también es planta con esa costumbre. Aunque leñosa, su tallo largo, delgado y flexible no le permite la posición vertical. No obstante, se enrosca alrededor de otros tallos, o de cualquier objeto vertical que se le ponga como guía. Nunca trepa en paredes, como la hiedra, pues lo hace enroscándose alrededor de objetos fijos y exentos.

Las judías y otras plantas afines, suben gracias a zarcillos que aparecen en el extremo de sus hojas compuestas. Realmente son foliolos transformados. Esos zarcillos se enroscan y fijan alrededor de cualquier objeto que encuentren sea tronco, rama o guía y gracias a esas fijaciones la planta va trepando.


FICUS BENJAMINA

Hay más plantas trepadoras conocidas por todos, como el Ficus benjamina, que trepa gracias a raíces adventicias; la parra virgen que forma zarcillos muy cortos, con los que se fija a las paredes, o la capuchina, que trepa también gracias a zarcillos.

He presentado estas diversas estrategias que desarrollan diferentes tipos de plantas para conseguir más luz. El fin es el mismo, pero en cada grupo esa necesidad se satisface recurriendo a los recursos propios de cada uno de ellos.

Tal vez lo más interesante que quiero exponer aquí es que entre  los seres vivos no existe una sola estrategia para satisfacer una necesidad vital. Tales necesidades se solventan gracias a los recursos de que dispone cada grupo. Por eso, los diferentes modos de solventarlas, aunque similares, no tienen razón de ser iguales. 

Para mi, con un modo digamos generoso de enjuiciar las cosas, representan casos de evolución convergente y, por tanto, vienen a ser analogías.

domingo, 19 de junio de 2016

Procesos evolutivos en vegetales

Las mutaciones son aleatorias, pero cualquiera de ellas que aumente la adaptación de su portador al ambiente, será favorecida por la selección. Así surgen las tendencias selectivas cuyos resultados, luego, podemos ver en la naturaleza. A veces esta tendencia puede ser manifiesta en vegetales, mientras que en otras ocasiones cuesta más interpretar la acción de la selección natural en esos mismos seres.

ORTIGA. TODOS CONOCEMOS SUS EFECTOS

Una de las mayores agresiones que sufren los vegetales es por parte de unos predadores a los que, por serlo, llamamos herbívoros. Desde invertebrados a mamíferos, en toda la escala animal encontramos herbívoros capaces de destruir toda una población vegetal. Insisto que, en esa situación casi límite, cualquier mutación que sirva a su poseedor para defenderse de la predación, será favorecida por la selección natural. Y puesto que es una mutación, y una de las características de las mutaciones es la de ser hereditarias, podemos decir que en estos casos se están produciendo procesos evolutivos. Qué duda cabe que situaciones extremas generan una presión grande sobre adaptaciones, sobre tenerlas o carecer de ellas, y siempre con consecuencias evolutivas. Pero que nadie piense que estos procesos ocurren de la noche a la mañana, pueden durar millones de años.

Volvamos a hablar de predadores, de herbívoros, y de los mecanismos que poseen los vegetales para evitar ser comidos por ellos. En situaciones de ataques, los animales huyen; los vegetales, lo sabemos, no pueden hacerlo. Pero una cosa que siempre me ha impresionado es que en el mundo vegetal no se desarrollan venenos o substancias similares para destruir a quienes intenten devorarlos. No se mata a nadie, pero sí se generan procesos alérgicos o dañinos de modo que se desencadenen reflejos condicionados y el herbívoro sepa que esa planta, en concreto, no se puede tocar sin arriesgarse a las consecuencias.

Todos hemos sentido escozor en más de una ocasión al rozar hojas de ortiga. Incluso existe el verbo “ortigar” para referirse al resultado de este roce. Imaginemos lo que pueda sentir un ciervo, por ejemplo, que introduzca una ortiga en su boca e intente arrancarla tirando de ella con fuerza. La razón de este escozor radica en unas células urticantes (urticantes, derivado de ortiga) llenas de un líquido capaz de generar reacción alérgica en la piel y que se clava en ella como respuesta mecánica ante un simple roce de la superficie foliar.

EL ACEBO Y SUS HOJAS NOS RESULTAN CONOCIDOS

Todos los tipos de espinas presentes en vegetales tienen esta misma finalidad, la de defenderse de herbívoros. ¿Aparecieron para defenderse o se defienden gracias a tener espinas? La respuesta nos lleva a comentarios muy enjundiosos, pues muchos creerán que aparecieron para defenderse. Es decir, que ante una necesidad aparecieron los órganos capaces de superarla. Hay bases suficientes para creer que todo proceso evolutivo se ha realizado a partir de estructuras preexistentes a los que se les dio una función nueva. Tal vez, en un principio, esa estructura no tuvo mayor utilidad, pero una mutación que la modificase pudo haberle conferido cierta capacidad para algo útil. En este caso, cualquier mutación nueva que mejorase el rendimiento de este órgano con función nueva, pudo haber sido favorecido por la selección, de modo que se fue configurando mas y mas a lo largo de muchas generaciones, siempre que las necesidades ambientales permaneciesen invariables.


TOJO - UN EJEMPLO DE PLANTA CON PINCHOS

Todas las plantas con pinchos han tenido, y tienen, su capacidad de defenderse de los herbívoros y realizar, por tanto, una buena función clorofílica. Hablo de rosáceas, con pinchos en tallos y hojas; de acebo, con pinchos en el borde de las hojas inferiores de los arbustos; de los tojos, con espinas por toda la planta; de los cactus y de otros ejemplos.
LOS CACTUS POSEEN UNA INTERESANTE
HISTORIA EVOLUTIVA

En cactus, de los que hablaré con detalle por constituir un bonito ejemplo evolutivo, las espinas son hojas evolutivamente transformadas. En este sentido, son homólogas de las hojas de cualquier otra planta. Realizan la importante labor de defender a la planta. Incluso, en algunas de estas espinas, existe una pequeña cápsula con líquido tóxico que, una vez pinchado el individuo agresor, se inyecta en su piel generándole escozor e inflamación.

Cuando en diferentes organismos aparecen estructuras similares, con diferentes orígenes embrionarios, pero encaminadas a fines similares, decimos que se produce evolución convergente y llamamos “análogos” a los órganos que tienen esa finalidad y esos orígenes.

El ejemplo más elocuente de órganos análogos lo constituyen las alas en animales voladores. Tienen alas las aves, los murciélagos y algunos órdenes de insectos, como dípteros y lepidópteros. A nadie se le va a ocurrir que tengan el mismo origen, pero todos vemos que sirven para lo mismo: buscar alimento, realizar el cortejo sexual y desplazarse. En todos los casos aparecieron de órganos preexistentes y confirieron mayor adaptación a sus poseedores conforme fueron mejorando su capacidad de realizar su función. En estos casos, en los que órganos con diferentes orígenes llegan a desarrollar funciones similares, hablamos de evolución convergente, que origina órganos análogos.

BOUGANVILLEA. FLOR Y BRÁCTEAS
Una analogía que no me resisto a callar la constituye la bouganvillea. Tiene una flor poco vistosa, rodeada de brácteas coloreadas que son las que le confieren prestancia. Las brácteas son los últimos pares de hojas próximas a la flor y transformadas para adecuarse a ella. Lo que llamamos·flor”, en la bouganvillea realmente son brácteas, pero hacen las funciones de tal, engañando incluso a polinizadores. Un claro ejemplo de analogía, pues pétalos y brácteas tienen diferente origen embrionario, pero ejecutan una función similar, análoga en términos biológicos.


miércoles, 15 de junio de 2016

Radiaciones adaptativas y homologías

A veces, la adquisición de alguna peculiaridad  en seres vivos, permite a sus poseedores invadir hábitats nuevos para ellos. Tal cosa ocurrió cuando algunos ancestrales animales marinos pudieron desarrollar respiración aérea. Se cree que ese paso lo realizaron diversos grupos zoológicos y en distintos momentos de la historia. Al pasar a tierra firme, muchos encontraron un hábitat ocupado por vegetales, con ausencia de predadores y, por tanto, una selección natural muy tenue, si acaso existía selección en aquel momento. Esto propició que apareciesen unas altas tasas de reproducción, incremento de tamaños de población y, en general, aparición de condiciones apropiadas para la diversificación de seres vivos.

Evolutivamente, el resultado de esta fase es lo que conocemos como “radiación adaptativa”, en la que a partir de pocas formas iniciales, aparecen muchas formas descendientes, gracias a la relajación de la actividad por parte de la selección natural, y a la oportunidad de colonizar nuevos hábitats. Son fases en las que, en poco tiempo, hablando en tiempos evolutivos, se genera una gran diversidad a partir de pocas, o muy pocas, formas iniciales.

Extremidades superiores de hombre,
ave y murciélago

Si el hábitat recién colonizado es diverso en ambientes, puede ocurrir que no todos los componentes del grupo sean igualmente aptos para colonizar cada uno de ellos, pudiéndose acomodar los diferentes individuos a aquellos sitios que mejor les convenga. Si ocurre de este modo, comienza a actuar la selección natural, modelando a los nuevos habitantes para que cada vez estén más y más adaptados a sus nuevos hábitats. Esta selección se hace a partir de los órganos que en un inicio compartían todos, y que poco a poco se irán adaptando a sus nuevas utilidades. No obstante, siempre mantendrán una estructura peculiar que recordará a la ancestral, de la que derivan. A estas estructuras nuevas, derivadas de las ancestrales, es a las que conocemos como homologías.
La interpretación actual sobre su origen se basa en suponer que los órganos que consideramos homólogos han aparecido como consecuencia de un proceso evolutivo que, en general, se conoce como “evolución divergente”, que no se refiere a grupos completos, sino a órganos o funciones, que con el fin de adecuarse más y más a los nuevos hábitats, se han ido diferenciando para mejor acomodarse a los tipos de vida requeridos en ellos. En estos casos, la evolución divergente es un proceso muy frecuente y, como consecuencia, se favorece la aparición de formas homólogas entre los grupos taxonómicos próximos que se han ido diferenciando.


En síntesis, llamamos órganos homólogos a aquellos que teniendo similar origen filogenético, desempañan una función diferente en los individuos que los poseen. Tal vez esta definición pueda parecer engorrosa, pero es posible que todo radique en eso del “origen filogenético” y voy a intentar explicarlo.
Debemos saber que, entre otras características, los vertebrados compartimos la de poseer dos pares de extremidades, que por su posición con relación a la cabeza, llamamos anteriores y posteriores, o también, debido a la postura vertical de muchos de sus componentes, conocemos como extremidades superiores e inferiores. Siempre nombrando a partir de la cabeza.
Si tenemos en cuenta esto, veremos que nuestros brazos son nuestras extremidades superiores, lo mismo que las alas lo son en las aves. También el primer par de patas de los cocodrilos son para ellos su primer par de extremidades anteriores, así como en ranas o sapos. Culebras, peces y otros vertebrados las tienen atrofiadas, pero todos estos órganos que comento tienen el mismo significado estructural. Dentro de su morfología, son el primer par de extremidades, sean anteriores o superiores, propias de los vertebrados. No hay duda de que cada grupo de ellos utiliza estas extremidades para mejor adecuarse a su modo de vida. Las aves suelen volar gracias a ellas, los peces, nadar, nosotros y primates, para manipular y así podríamos seguir indicando diferentes grupos de animales y sus, también peculiares, usos que les damos cada uno.
ESQUELETOS DE EXTREMIDADES ANTERIORES
DE MAMIFEROS. lOS COLORES INDICAN LOS HUESOS HOMÓLOGOS

En cuanto a la morfología, a nadie se le ocurre buscar parecido entre nuestros brazos y las alas de un ave o el primer par de patas de una rana. Pero si diseccionamos esas extremidades y observamos atentamente sus respectivos esqueletos, vemos que todos ellos están estructurados de la misma manera. Un hueso largo, llamado húmero, que mediante una articulación (que en nuestro caso llamamos codo), une y articula a dos huesos, el cúbito y el radio y que, en nuestro caso, pueden girar uno sobre el otro confiriéndole a la mano esa misma capacidad giratoria.
Desde el punto de vista embrionario, así como del estructural, esos órganos son semejantes, aunque debido a procesos evolutivos divergentes, hoy tengan morfología y uso diferente. Por eso decimos de ellos que son homólogos.
Para muchos, radiación adaptativa y evolución divergente (como origen de homologías) es la misma cosa, el mismo proceso con diferentes nombres. Yo creo que uno es consecuencia del otro, pero es una opinión personal. La radiación adaptativa se produce cuando un grupo biológico invade un nuevo hábitat y lo coloniza sin efecto adverso sobre él por parte de la selección natural. El tamaño de población se incrementa de modo notable y si el hábitat es homogéneo, no hay mayores efectos derivados, si bien para que exista “radiación adaptativa” es preciso que se produzca la aparición de numerosos grupos taxonómicos derivados de los pocos iniciales. Si no aparecen grupos taxonómicos nuevos, todo se resume en un gran incremento poblacional. La evolución divergente se produce cuando el hábitat no es homogéneo, existe selección para ocupar diferentes sectores de ese hábitat y esa misma selección va modificando los órganos iniciales a los hábitats que se van colonizando, de modo que sean más eficaces. Decimos de estos órganos que se adecuan a los diferentes hábitats, que sufren evolución divergente.
Tenemos múltiples ejemplos de homologías en vegetales. Tantos, que mejor dedico a ellas la próxima entrada.


viernes, 10 de junio de 2016

El doble tipo de estudios en Biología

Además de estudiar los seres vivos actuales en todos sus aspectos, la Biología también estudia los procesos evolutivos e intenta conocerlos y explicarlos. Es más, como se dijo en 1973, "nada en biología tiene sentido si no es a la luz de la evolución", queriéndose decir que es bajo el enfoque evolutivo cuando se ajustan todos los datos de que disponemos acerca de los seres vivos formando un conjunto perfectamente coherente.

De acuerdo con lo dicho, diríamos que la Biología puede ser concebida como una ciencia con dos temas de estudio, que parecen completamente dispares cuando se les observa de manera superficial pero que, tras un análisis hecho de modo pormenorizado, resultan complementarios. Por una parte, la biología estudia los seres vivos y sus procesos. Sería ésta una Biología ocupada del descifrado de las situaciones actuales; la que intenta conocer profundamente los diversos grupos de seres, definir adecuadamente los procesos en los que están involucrados, estudiar los modos en que se realizan sus actividades y conocer los factores que influyen en ellos. Todo eso nos lleva, o pretende llevarnos, a una mejor comprensión de los procesos biológicos tal como se realizan en la actualidad. Los métodos de estudio en estas ramas de la Biología son los propios de las ciencias experimentales, con sus procesos hipotético-deductivos. También se utilizan adecuadamente otros métodos de estudio que son específicos suyos, como pueden ser la descripción y la comparación.

HIPOTETICA ESTRUCTURA  ESPACIAL
DE LA HEMOGLOBINA

Pero, junto a esta Biología ocupada de los procesos actuales, existe otra que estudia el origen de la vida y que intenta explicar cómo se mantuvo y diversificó a lo largo del tiempo una actividad singular, la vida, y cómo sus poseedores fueron capaces de colonizar el más amplio abanico posible de condiciones ambientales. La Biología nos dice que para que tales cosas pudiesen ocurrir, fue preciso que en los seres vivos, ya perfectamente definidos como entidades, estuviese presente una gran variabilidad estructural y de comportamiento y que, además, esa variabilidad fuese transmisible de padres a hijos, es decir, pasase de generación en generación. En este sentido, la Genética estudia dos aspectos importantes del material hereditario, cada uno de ellos relacionados con los dos aspectos de la Biología que mencioné hace poco, pues si bien intenta comprender cómo funcionan los genes, cómo interactúan entre ellos, cuál es su modo de transcripción y su modo de regulación, es decir, estudia los genes como origen de la variabilidad actual, también estudia cómo se transmiten esos genes a lo largo de las generaciones, cómo se produce la variabilidad génica, cómo esa misma variabilidad puede ser la materia prima gracias a la cual ocurren los procesos evolutivos. Es más, la variabilidad génica constituye el factor intrínseco del cambio y, para que ese cambio ocurra, es preciso que exista variabilidad en las poblaciones de seres vivos.

NUEVOS MÉTODOS DE ESTUDIO NOS APORTAN
DATOS INSOSPECHADOS

La Biología evolutiva, la rama de la biología que estudia la evolución de los seres vivos teniendo en cuenta factores genéticos y ambientales en su más amplio sentido, nos enseña que en los procesos que generaron la diversificación actuaron dos tipos de factores, unos intrínsecos a los mismos seres vivos, que fueron los que generaron la variabilidad hereditaria necesaria para esa diversificación, y otros tan necesarios como éstos que, procedentes del ambiente (considerado en su más amplio sentido), actuaron sobre esos mismos seres vivos y su diversidad hereditaria, constituyendo las causas extrínsecas que fueron modelando el cambio y que conocemos como Selección Natural. En este plan, las diferencias que pudiesen existir entre los seres vivos, pero sin capacidad de ser transmitidas a las descendencias, no tienen importancia biológica alguna.

ES POSIBLE OBTENER ADN DE FOSILES
PARA ESTUDIARLO  

Cuando la Biología toma como objeto de estudio este aspecto de la actividad biológica (el evolutivo), está tomando el cariz de una ciencia histórica que pretende explicar procesos y situaciones a partir de datos históricos, que son posibles de deducir después de estudiar con detalle los rastros de los seres vivos procedentes de épocas pasadas, y que llegaron fosilizados hasta nosotros. Estos seres fósiles, considerados como testimonios de la vida en el pasado, tienen que ser estudiados en relación con todos los datos posibles acerca del entorno físico en el que vivieron, y que vienen aportados por la estratigrafía, la bioclimatología, la geografía histórica y otros muchos.
Como constantemente aparecen datos nuevos, o nuevas técnicas de análisis, así como nuevos fósiles, este estudio nunca estará terminado. Es conveniente que nos hagamos una reflexión sobre el método de trabajo de esta rama de la Biología, pues es muy semejante al utilizado por los historiadores. También aquí se intenta reconstruir un proceso, siempre irrepetible, gracias a una serie incompleta de testimonios. En este tipo de estudios, la posible certeza se basa en la inexistencia de pruebas contrarias a las hipótesis postuladas, ya que éstas no pueden ser contrastadas por experimentación. Las hipótesis se mantienen y fortalecen su credibilidad conforme aumentan las pruebas a su favor y persiste la inexistencia de testimonios contrarios a ellas.

SIEMPRE NUEVAS TÉCNICAS DE ESTUDIO
ABREN NUEVAS VIAS DE INTERPRETACIÓN

En este caso, la aparición de un fósil en un estrato geológico inesperado haría revisar todas las hipótesis evolutivas construidas gracias a ese tipo de fósil. Por poner unos ejemplos de esto, sabemos que, según los datos de que se dispone, los Artiodáctilos aparecen al comienzo del Cretácico. Entonces, la aparición de una oveja, o parte de ella, fósil en un estrato anterior a ese período, haría revisar toda la teoría actual sobre la historia evolutiva de los Ungulados. Segundo caso: El roedor más antiguo registrado corresponde al Paleoceno de Norteamérica. En Europa y Asia no aparecen roedores hasta el Eoceno inferior. A lo largo del Eoceno medio y superior se desarrollan faunas endémicas de Roedores en Europa, Asia y América; pero esta teoría caería por tierra si acaso apareciesen roedores fósiles en estratos del Carbonífero, por ejemplo.