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viernes, 3 de enero de 2020

Cuestiones de biología


Quiero comentar una cosa que casi constituye una falsedad si no se explica pero que, sin embargo, es aceptada por muchos sin reparar en lo que encierra cuando se enuncia on despreocupación. Se nos ha insistido una y mil veces que todos somos iguales, lo cual, desde la óptica de la biología, no solo es falso, sino que constituiría una tremenda desgracia. 

viernes, 12 de abril de 2019

El tamaño de una población

No son pocas las personas preocupadas por determinados vertebrados de nuestra fauna, temerosas de su extinción. En ese aspecto, soy pesimista en cuanto a su conservación. Depende de políticas acertadas y proyectadas a largo plazo. Pero también depende de cada uno de nosotros, y tengo mis dudas. 

viernes, 18 de mayo de 2018

Origen de una población


Por regla general, podemos pensar que una especie, sea animal o vegetal, está adaptada a un terreno concreto, con sus condiciones ecológicas concretas, cuando sus miembros son capaces de vivir en él y reproducirse generando descendientes fértiles. Lo que he comentado más veces, la condición de que los descendientes sean fértiles asegura la capacidad de perpetuarse por sus propios medios, sin necesidad de recurrir a ayudas exteriores.

ÁREA DE DISTRIBUCIÓN DEL SAPO
Bajo esta definición, en un gran territorio geográfico, el área de distribución de una especie nos indica el área ecológica en la que dicha especie está adaptada. Fuera de ella, las modificaciones ambientales son de tal magnitud que los individuos ya no están adaptados a ellas. A veces, en los límites de las áreas de distribución, los individuos son capaces de vivir, pero no de reproducirse. Quienes tienen aficiones a la horticultura, saben que a veces consiguen que una determinada planta consiga crecer en un ambiente adverso, pero no produce ni flor ni fruto. Es capaz de vivir, pero no se reproduce. Algo similar ocurre con animales en cautividad, como en los zoológicos.

Pensemos en esos individuos dentro de su área de distribución. Aunque disponen de total capacidad de movimiento, en caso de animales, o sus semillas se pueden dispersar por todas partes, si son vegetales, únicamente aquellos que se encuentren dentro del área, estarán adaptados a esas condiciones ecológicas y podrán crecer en la forma requerida. No pensemos que las semillas no se dispersan fuera de las áreas geográficas de distribución. Llegan muy lejos, pero no siempre sobreviven. Los animales o mueren o retroceden.

ÁREA DE DISTRIBUCIÓN DE LA ENCINA

Supongamos estamos paseando por el monte y nos encontramos una población de cualquier especie. Podemos preguntarnos cómo llegaron los primeros individuos a esos terrenos. Eso es algo que puede ser intrigante y siempre un reto que se plantea al investigador. El origen de una población. Pueden ser muchos orígenes y muy diversos.

Pensemos en poblaciones continentales en territorios con islas próximas. Tal vez, en alguna ocasión el viento llevó semillas a la isla y algunas cayeron en terreno apropiado. Unas semillas, pocas, procedentes de esa población originaria pudieron germinar y generar individuos adultos. La población originaria tendría su variabilidad genética, no sabemos cuál, pero si han llegado unas pocas semillas lo más probable es que no llevasen consigo toda la variabilidad existente en la población originaria. Las semillas germinan, crecen y se multiplican. Originan una población. Ocurren varias cosas.

FRUTO DEL ARCE

Esta población nueva procede de la anterior, sí. Esta población nueva sufre lo que se llama “efecto fundador”, que nos indica que aunque procede de otra, ha perdido mucho de la variabilidad génica que poseía la originaria. Esta variabilidad requiere grandes números de individuos para estar representada por completo, y no es lo que ha ocurrido con estos pocos fundadores de la nueva. Se ha perdido variabilidad, y los alelos presentes pueden estar en frecuencias diferentes a las que tenían originariamente. Todo ha sido cuestión de azar y se plantea la supervivencia de esos individuos invasores. Cuidado, hablo de supervivencia, que sería un éxito evolutivo, aunque la morfología se pierda o se altere. En estos casos, la morfología no es tan importante como la supervivencia de la nueva población.

Si han sido pocos los individuos que han llegado, dejando aparte la pérdida de variabilidad génica, existe la necesidad de adaptación al nuevo territorio. Pero si han sido pocos los individuos llegados, en vegetales a veces una sola semilla, o pocas en un solo fruto, los descendientes tendrán un elevado nivel de consanguinidad, con los efectos adversos que ese nivel puede conllevar.

FRUTO DE OLMO

Si se superan todas estas situaciones adversas, puede generarse una rápida expansión de los componentes de la nueva población, pues en principio pueden no existir en esa nueva zona especies limitantes a ellos. Darwin indica en “El origen de las especies” que, debido a esta ausencia, los miembros de la especie nueva pueden comportarse como especies invasoras. Fijémonos que en nuestro país, ahora mismo, todas las especies invasoras son exóticas que no tienen predadores biológicos en esta zona.

FRUTO DE CLEMATIS, TREPADORA DE JARDIN
Si la nueva población tiene éxito, es decir, ocupa un territorio y se reproduce generando hijos fértiles, comenzará una historia evolutiva propia. Con esto quiero decir que, con el tiempo, acumulará su propia variabilidad. La nueva variabilidad puede no parecerse a la existente en la población de la que procede, pues las condiciones ecológicas han cambiado y es muy probable que también sean otros los efectos de la selección sobre ella. Tal vez en esta nueva zona la selección favorezca combinaciones génicas que desfavorecía en la zona inicial, tal vez debido a que exista una nueva variabilidad.

Este proceso que comento puede no ser un suceso aislado y repetirse de modo recurrente en el tiempo. A veces, en estos casos hay intercambio de individuos entre las poblaciones  (la originaria y la derivada), generando unos fenómenos auspiciados por estas migraciones en ambas direcciones.

Pero tampoco pensemos en hechos aislados, en todas las generaciones se dispersan semillas de modo aleatorio. Pueden caer en terrenos apropiados y generar la aparición de nuevas poblaciones. Si caen en lugares inapropiados, todo queda en nada, pero este mismo dato nos indica que la tendencia a la expansión poblacional es constante. Otra cosa es que cada vez sea un éxito.



viernes, 4 de mayo de 2018

Sobre poblaciones

Estamos en época de pasear por el campo y dejar correr la imaginación ante tanta belleza como encontramos. La naturaleza rebosa hermosura, majestad y dignidad, a pesar de las agresiones que le hacemos. Nunca veo florecillas, no soy tan romántico ni  tan bucólico. Tampoco veo las posesiones del llamado Rey de la Creación, ni sus  supuestos desvelos por cuidar sus dominios. En todo caso, sus múltiples agresiones. Pero dejemos por hoy esas cavilaciones negativas y disfrutemos del campo.

En contra de lo que muchos puedan creer, aunque los animales son espectaculares, así como su vida y sus costumbres, han sido los vegetales los que más conocimientos han aportado al mundo de las ideas en biología. Indefensos ante predadores, las plantas han sabido desarrollar estructuras defensivas mediante múltiples y dispares estructuras, que nos enseñan que todas ellas son válidas, aunque cada grupo tenga las propias. Pero hoy tampoco quiero hablar de eso.

AMAPOLA Y CRISANTEMOS

A veces, en biología hemos de tener en cuenta grandes números, tanto en tiempo como en individuos. En biología evolutiva, un millón de años viene a ser como un instante de nuestras vidas, y una frecuencia de uno por millón es algo que está ocurriendo constantemente. Los números han de ser amplios cuando hablamos de biología y no vale comentar el posible futuro evolutivo de una población de 20 individuos.

POBLACION DE AMAPOLAS

Paseando por el monte, siempre es posible ver los diferentes vegetales que lo habitan. Los animales suelen esconderse y hay que ser sagaz para detectarlos. Por eso es más sencillo delatar presencias de plantas y cuantificar sus frecuencias. Siempre es atractivo encontrarse endemismos, seres que habitan específicamente un territorio y solo ese. En islas son frecuentes las especies endémicas. En otras ocasiones nos encontramos especies a las que llamamos cosmopolitas, pues habitan muchos y diferentes lugares separados geográficamente.

DISTRIBUCIÓN IMAGINARIA DE POBLACIONES
Y SU VARIABILIDAD GÉNICA
En el campo, vemos las amapolas iguales, o un gran manto de margaritas, también iguales. ¿Es realmente así?Detrás de la uniformidad fenotípica, puede haber encerrada una gran variabilidad, que es posible descubrir mediante análisis bioquímicos. Imaginemos una especie vegetal que habita un amplio territorio y que está dividida en cinco poblaciones, como esquematizo en la figura. Las flechas que hay entre las poblaciones indican que existe flujo de individuos en ambas direcciones. Todas manifiestan el fenotipo silvestre, pues la selección natural elimina a la planta que se salta esa norma. Analicemos la variabilidad respecto al gen "A", representando como A al alelo silvestre y lo ponemos con mayúscula, pues es dominante. Siempre es así. Los alelos que determinan el fenotipo silvestre en vegetales o salvaje en animales, son dominantes. Con este comportamiento, ocultan toda la variabilidad encubierta que encierra una población. Imaginemos una distribución de alelos  de este gen tal como presento en la figura. En la población central hay varios alelos, A, a1, a3, a7 y a5. Pero esta presencia de alelos no es uniforme en toda el área de distribución de esta especie, pues al noroeste sólo hay alelos A y a1; al noreste sólo A, a1 y a5; al suroeste A, a1 y a3 y, por último, en el sureste encontramos A, a1, a4 y a7.

¿Qué podemos pensar con estos datos? No es raro que el alelo A esté presente en todas las poblaciones, es el responsable del fenotipo silvestre y cualquier expansión poblacional requiere su presencia para resistir con éxito a la selección natural. Pero, ¿y los demás alelos? La tasa de mutación ronda el uno por millón y es un valor muy similar en todos los genes. Entre otras cosas, quiere decir que cada vez que se genera un millón de copias del gen A, aparecerá un mutante. Aplicando este criterio, establecemos que la población más primitiva, y más antigua en esa zona, es la central, y lo deducimos por tener mayor variabilidad. Cuidado, esta opinión es un consenso establecido a falta de poder experimentar en este aspecto. Es un razonamiento  lógico y nunca ha sido refutado experimentalmente, pero insisto en que es una opinión consensuada.

Parece que esta variabilidad es adaptativa, lo digo en el sentido de que según qué zonas, la selección natural favorece a unos alelos y a otros, no. No vamos a ser tan ingenuos como para pensar que hacia el noroeste no fue ninguna semilla portadora de alelos a5, a7, o a3. Pero no sobrevivieron, tal vez a causa de una selección en contra. Lo mismo vale decir en relación a las otras poblaciones y los alelos que faltan si tomamos como referencia a los alelos que existen en la población central. Si estos alelos fuesen neutros es decir, indiferentes ante la selección, encontraríamos una distribución homogénea en todo el territorio.

¿Tienen todas las poblaciones la misma edad? ¿Se formaron de modo simultáneo? No. Para decir esto, volvemos a tener en cuenta la tasa de mutación y la variabilidad que tiene acumulada cada una de ellas. La población más antigua debe ser la del sureste, pues además de tener más variabilidad, tiene un alelo único suyo, el a4, que nos indica la antigüedad de la población, pues ya en ella aparecen mutantes. Ya no es una población tan filial de la central, y nos es posible ver cómo va adquiriendo cierta peculiaridad génica.

Lo que acabo de explicar en pocas palabras puede ser resultado de muchos años de estudio. Rehacer la historia evolutiva de una población requiere su tiempo y una buena estrategia experimental. Lo importante es que al estudiar procesos evolutivos, lo que se encuentra estudiando una especie es aplicable a procesos similares en otras. Así se va reconstruyendo la historia de los seres vivos en nuestro planeta.

Porque queda una pregunta muy importante, ¿cómo llegó la primera semilla a esta zona? O cómo se fundó una población que hoy es estable y aparentemente adaptada. En una palabra, el primer ser que originó un linaje evolutivo del que hoy somos conscientes y capaces de estudiar. Pero eso será otro tema.

viernes, 6 de abril de 2018

Hablando de poblaciones


Me pregunta una amiga que qué es lo que evoluciona, si el individuo, la población, la especie… Tal vez me pregunta por la unidad evolutiva, que cuál es la porción más pequeña cuyos cambios se detectan en biología evolutiva. Es decir, cuyos cambios podemos calificar de evolución.

Pero, ¿a qué llamamos evolución? Indudablemente, a cambios vividos por los seres vivos y de los que tenemos constancia. Si no disponemos de tal constancia, esos cambios nos pasan desapercibidos. Pero si a través del registro fósil o por encontrarnos con diferentes formas conviviendo, tenemos noticia de tales modificaciones, entonces suponemos están en el origen de esos cambios, que calificamos de evolutivos.



Pero, ¿qué, quién evoluciona? Si tenemos en cuenta que la evolución comporta éxitos adaptativos y éstos se miden por diferentes posibilidades reproductoras ante la selección natural, hemos de convenir en que un sólo individuo no es capaz de evolucionar. El individuo es clave en la evolución, él es el que se reproduce mejor o peor que otros a causa de poseer o no un carácter determinado, pero el individuo no evoluciona. La evolución es un proceso muy lento cuya duración va más allá que lo que puede durar la vida de un individuo.
No obstante, he leído en algún sitio, que los adolescentes han evolucionado dando mayor movilidad a sus dedos gracias a los teléfonos móviles y a los programas de mensajería instantánea. Son los mismos periodistas, o periódicos, que nos dicen que tal equipo de fútbol “tiene en su ADN” qué se yo, o los que nos comentan que estamos a “menos cuatro grados bajo cero”. Pues muy bien. Los equipos de fútbol no tienen ADN, no sé qué temperatura es “menos X bajo cero” y los adolescentes no evolucionan por tener mensajería instantánea en sus móviles. Otra cosa es que aprendan rápidamente debido a unos estímulos fuertes exteriores (factores extrínsecos) que estimulan a unas posibilidades genéticas que poseen (factores intrínsecos). Pero desarrollar las potencialidades de un genotipo no es evolucionar.



Lo de siempre, los seres vivos tienen (muchas veces en su ADN) unas posibilidades, que son estimuladas por factores externos. Los factores en los que es posible descomponer el hecho evolutivo: los de dentro (intrínsecos), respondiendo ante los exteriores (extrínsecos).
En otra entrada de este mismo blog, escribí: Existe otra actividad biológica, que es la evolución. Su unidad es la población. Ésta, la población, es la depositaria de un amplio conjunto de genes y alelos presentes en los individuos que la componen. La actuación de la selección natural se centra en la reproducción, que es el punto de origen de una nueva generación. Es en esa fase cuando la selección puede ir modificando la presencia relativa de los diferentes alelos, que es lo que, a largo plazo, conocemos como evolución. A grandes rasgos, su actuación consiste en favorecer a unos individuos para que tengan más descendencia que otros. En esta actuación, los genes determinantes de los caracteres favorecidos también salen beneficiados. Por eso, y porque esto ocurre entre individuos diferentes, la unidad de evolución es la población, en el sentido de que es la entidad biológica más pequeña que evoluciona”.


La población está formada por un amplio conjunto de individuos de la misma especie, que viven en el mismo territorio y pueden cruzarse entre ellos dando lugar a descendientes fértiles. Lo de fértiles es importante, porque nos indica que la población puede mantenerse por sí misma, sin necesitar ayudas exteriores. Según la dispersión de una especie, ésta puede estar constituida por varias poblaciones, muchas veces aisladas entre sí por factores diversos. Puede ser que, salvo casos de emigración, las poblaciones vivan completamente aisladas entre ellas. Supongamos los urogallos que quedan en Los Ancares y los de los Balcanes. Pertenecen a la misma especie, tal vez sus poblaciones representan los restos que quedan de un área de dispersión más amplia, que comprendía estas dos áreas, pero que se dividió por alguna causa. Lo cierto es que hoy les separan amplias barreras que les impiden encontrarse y mezclar sus genes mediante procesos reproductivos. Constituyen dos poblaciones diferentes y esto es una situación muy general en biología, de modo que hay muchas especies que están divididas en diversas poblaciones y ocurre tanto en animales como en vegetales. Imaginemos una especie ampliamente distribuida por un territorio. Forma una sola población, si bien por diversas cuestiones pueden haber diferentes fenotipos en diferentes ambientes. 


Nosotros mismos, los humanos, que formamos una sola población, tenemos un gradiente de aspectos desde el norte al sur: pieles sonrosadas al norte y obscuras hacia el ecuador, a la vez que cabello lacio al norte y encrespado al sur. Son adaptaciones ambientales, pero carentes de efectos evolutivos. Pero si en una población amplia, distribuida de esta manera, por diversos motivos se rompen las condiciones iniciales de modo que ya no hay una sola (población), pues se ha subdividido en diversas poblaciones pequeñas, aisladas entre sí, entonces cada una de esas poblaciones puede comenzar con una historia evolutiva propia.
Parece que digo que el único origen de las poblaciones es una subdivisión de otra, anterior, de área de distribución más amplia. No es así, pues hay múltiples situaciones que pueden causar la aparición de poblaciones nuevas, como migración de un grupo más o menos amplio de individuos, o la acción del viento transportando semillas, incluso la aparición de una hembra fecundada en un territorio nuevo y así. 
¿Qué características diferencian a las poblaciones entre ellas? De manera básica, las diferencias radican en poseer alelos diferentes. Pero también, y esto es importante, las diferencias están en las frecuencias con las que esos alelos están presentes en las poblaciones. Vamos otra vez a nuestro caso. Dentro del sistema AB0, tenemos cuatro grupos sanguíneos: A, B, AB y 0. Una población puede definirse por carecer de uno de estos grupos. Pero también, una vez establecidos los valores medios de las frecuencias de estos cuatro grupos en las poblaciones, una puede diferenciarse por tener presentes los cuatro grupos, pero con frecuencias significativamente diferentes.


La evolución progresa mediante pequeños cambios en las frecuencias de sus genes y eso ocurre en las poblaciones, no en los individuos. Si cada población está sometida a condiciones específicas, podrá evolucionar de modo peculiar y diferente a como hacen otras con las que comparte origen patrimonial genético. Puede ocurrir, y ocurre, que por diversos motivos una gran población se subdivida en varias, que queden aisladas entre ellas y que cada una de estas subpoblaciones evolucionen de modo diferente generando, por tanto, resultados diferentes.


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.


jueves, 7 de abril de 2016

El azar en poblaciones pequeñas

Me meto en terreno vidrioso al hablar del tamaño de las poblaciones. 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?


En anteriores ocasiones he dicho que los tamaños de las poblaciones se suelen mantener constantes a lo largo del tiempo en que podemos estudiarlas. Cuidado, aquí he incluido varias incertidumbres. Digo “se suelen mantener”, y es cierto. Esos tamaños fluctúan alrededor de un valor medio, estadístico, que se obtiene después de sucesivas mediciones. Pero a nadie sorprende que aparezcan valores desviados por una u otra causa. Hablamos de medias, no de magnitudes absolutas. También he dicho “en que podemos estudiarlas”, y es que hace muy poco tiempo que se vienen tomando datos relativos a estas poblaciones. De lo que ocurrió antes, no tenemos muchas ideas, si acaso indirectas.


Tamaño de población. Concepto nuevo, tal vez, para muchos. Una realidad biológica con factores condicionados por causas diversas. Ningún terreno es capaz de soportar una población de tamaño ilimitado. Por ejemplo, los animales precisan comer y en ese supuesto territorio han de encontrar los aportes nutritivos que precisan. Esto mismo es válido para organismos acuáticos. Los vegetales también están sometidos al mismo tipo de relación con otros vegetales, mediante una especie de alergias llamadas alelopatías, y que impiden el crecimiento de otros vegetales similares a los ya presentes en el territorio. Es decir, en cierto modo, limitan el tamaño de la población de la que forman parte.

Por otra parte, si los recursos limitan las expansiones ciegas de las poblaciones, hay que tener en cuenta que esas mismas colectividades forman parte de los recursos alimenticios de otras especies presentes en el mismo lugar. Es decir, una población necesita comer, y la disponibilidad de alimentos puede limitar su tamaño, pero esa misma población puede entrar dentro de la dieta de otra especie, que también la limita como predador suyo.


Con estas presiones por ambos lados, resulta que, a la larga, los tamaños de población son valores en equilibrio inestable, siempre alrededor de unos parámetros más o menos constantes. Ahí tenemos a la población con un tamaño que fluctúa alrededor de una media. Biológicamente, es lógico, la población de una generación dada es hija de la población de la generación anterior y, a su vez, generará la población siguiente. Es lo de siempre. Si está formada por un número determinado de individuos (N), se habrá generado a partir del mismo número de gametos masculinos (N) que femeninos (N). Si el tamaño se mantiene estable, la tasa de renovación de individuos es igual a uno. Es decir, si el sitio está saturado, sólo llegará al estado adulto un número similar al de los que mueran. Al morir dejan disponible un lugar que pronto es ocupado. No hay sitio para más y la selección es así de intensa.


Con vegetales ocurre otro tanto. Al pasear por el monte podemos ver muchos pinos o carballos minúsculos. Sólo llegarán a adultos aquellos que puedan ocupar el sitio libre dejado por un antecesor que haya muerto. A no ser que la población se expanda por los bordes, las formas juveniles centrales de la población tienen pocas expectativas de alcanzar el estado adulto.

En todo caso, los tamaños pequeños de población nos hablan de números bajos de individuos formados por pocos gametos. A la larga, los gametos eficaces, los que originan individuos que serán reproductores, si son pocos en número, pueden no ser representativos de la constitución génica de la población que los ha formado. Es simplemente cuestión de azar sin que sea necesario explicarlo por procesos de selección natural. A esta situación en la que la constitución genética de una población va variando por cuestiones aleatorias debidas a bajos tamaños de población, le llamamos deriva genética.

Esta puede ser la explicación de la diferencia genética que podemos encontrar entre individuos pertenecientes a poblaciones pequeñas aisladas entre ellas por causas de diversa índole, como pueden ser geográficas, ecológicas, tróficas, etc.

Las fotos de vegetales son de Sergio Roma

Ver perfil de Sergio Roma

jueves, 24 de marzo de 2016

Sobre el tamaño eficaz de una población.



Esta entrada la publiqué en este blog hace un tiempo. La traigo de nuevo, pues creo que conocer su contenido puede hacer más comprensible la entrada siguiente sobre extinciones.






Reunidos, unos amigos charlábamos de temas relacionados con el medio ambiente de Galicia. Uno de ellos, bien intencionado, comentó que, en los Ancares, el urogallo “ya” no está en peligro de extinción, pues hay unos veinte ejemplares por la sierra. Biológicamente, me parece una población pequeña, pero para tener más datos pregunto que cómo se distribuyen esos veinte por sexos. Mi amigo, algo picado, comenta que “salió el biólogo…” La conversación cambió de tono, siempre cordial. 

Comento que una cosa es el tamaño censal de una población. Es decir, el número de individuos que encontramos después de realizar un censo y que simbolizamos como N. Tiene importancia biológica, pues ese tamaño viene determinado por criterios de territorialidad, disponibilidad de recursos, número de predadores y demás factores que pueden limitarlo. El número de individuos que puede haber en un territorio no es ilimitado.

Pero esos veinte urogallos que hay en los Ancares (es un decir), deberían de constituir una población biológica. ¿Es así? Primero conviene comentar lo que en biología entendemos por “población”, un concepto muy operativo.

Para los biólogos, una población es un conjunto de individuos de la misma especie que comparten espacio, tiempo y algunas más características biológicas que determinan una alta cohesión reproductiva y ecológica. Indudablemente, los miembros de una población se reproducen entre sí y tienen hijos fértiles. El requerimiento conceptual y funcional de que se produzcan hijos fértiles implica que esa población es capaz de autoperpetuarse sin necesitar ayudas externas de ningún tipo para hacerlo.

Entramos en terrenos evolutivos al decir que una población debe (biológicamente hablando) originar la siguiente. Esto garantiza, dentro de lo que cabe, la perpetuidad de esa población en ese hábitat. A los individuos les resulta indiferente reproducirse, pero es un proceso fundamental para la especie a la que pertenecen. En urogallos (como en todas las aves, y mamíferos y muchas otras especies animales y vegetales), la reproducción es sexual, es decir, implica a machos y hembras. Por eso yo preguntaba que, dentro de la población censal de 20 urogallos, cómo se repartía este censo entre machos y hembras. Es aquí donde aparece el concepto de “tamaño eficaz de población” (Ne), que viene a decir a cuántos individuos reproductores equivalen los 20 de los que nos hablaba mi amigo.

Existen fórmulas para calcular este tamaño eficaz. Todas ellas tienen en cuenta el número de machos y de hembras, además de factores influidos por el modo de reproducción. Y en todas, el número de machos y el de hembras aparecen como un producto, de modo si una de las cantidades es igual a cero, el total también lo es. Si todos son machos, (hembras = cero) o todas hembras (machos = cero), el tamaño eficaz es cero. Cuando el tamaño es cero, la población está abocada a la extinción, para comprenderlo no hace falta aplicar fórmula ninguna. En esas fórmulas es fácil ver que, dentro de un tamaño censal dado, el valor máximo se produce cuando el número de machos es igual al de hembras.

Una fórmula muy utilizada es la siguiente, aunque tiene sus limitaciones:

                   (nº de machos) x (nº de hembras) 
Ne = 4 x  ---------------------------------------------
                 número de machos + número de hembras


Donde Ne representa el tamaño eficaz,-

nº de machos es el número de machos y

nº hembras, el número de hembras.



¿Porqué el calificativo de eficaz? Porque se define desde el punto de vista de permanencia de la población en un territorio dado. Esos individuos, los reproductores, serán los que transmitan sus genes a la generación siguiente y quienes contribuirán, a que ésta permanezca en su hábitat. Por eso les llamamos eficaces.




jueves, 12 de noviembre de 2015

A vueltas con el tamaño de población

Desde una consideración biológica, no es lo mismo una población de trescientos individuos que una de quince, por ejemplo. A veces, cuesta trabajo hacer comprender que el tamaño de población es importante en las poblaciones naturales, cuando sólo dependen de su propia vitalidad para mantenerse a lo largo de las generaciones, y teniendo que superar la adversidad que representa para ellas la selección natural, con todos sus componentes.


Para muchos, la selección natural viene a ser algo que se enuncia como “la supervivencia del más fuerte”. No tienen en cuenta el montón de variables que coinciden en el proceso que llamamos de ese modo. Variables que conocemos y, también, que desconocemos, que tal vez son las más.

Pero hay algo que los biólogos tenemos muy claro. Aunque la selección natural actúa sobre el individuo, quien manifiesta sus efectos biológicos es la población a la que pertenece. En biología, muchos procesos son de ese modo, que es sobre la población donde inciden los resultados de muchos procesos vividos por sus componentes. Por ejemplo, los individuos no evolucionan, lo hacen las poblaciones a las que pertenecen.

Volviendo al inicio, podemos preguntarnos ¿por qué es importante el tamaño de la población? Sencillamente, por la posibilidad de poseer mayor cantidad de variabilidad genética, que viene a ser como un seguro de permanencia. Pero la variabilidad genética que una población puede poseer, está en relación directa con el número de individuos que la componen.

¿Qué entendemos por variabilidad? Vamos a ver si soy capaz de explicarlo en pocas palabras. Todos sabemos que los genes determinan los caracteres hereditarios, que suelen ser morfológicos o funcionales. Por ejemplo, color de ojos o grupo sanguíneo. En general, cada uno de nosotros tenemos dos copias de cada gen, uno procedente de nuestro padre y el otro, de nuestra madre.

Pero el hecho de que un gen concreto determine una función también concreta, no ha de tomarse en el sentido de que siempre se determina del mismo tipo. 

Conocemos la diversidad de coloración de ojos. El gen determina el color, pero existen diversas alternativas hereditarias que determinan diferentes colores. A cada alternativa le llamamos alelo. Si hablamos de nuestros grupos sanguíneos, sabemos que entre los humanos existen, entre otros, cuatro grupos sanguíneos: A, B, AB y 0. Están determinados por diferentes alelos de un mismo gen. En eso consiste la variabilidad genética, en que para cada carácter (grupo sanguíneo en este caso, o color de ojos), existan diferentes posibilidades de manifestarse, que corresponden a pequeñas diferencias funcionales. Aunque cada individuo tiene un solo grupo sanguíneo, o una tonalidad concreta de ojos, es la población la que posee varios alelos determinantes de esos tipos, que están presentes en diferentes individuos pertenecientes a ella.

A esta diversidad genética responsable de muchos caracteres, es a lo que se llama variabilidad genética, y es un carácter de la población, no del individuo. Representa una gran riqueza biológica, puesto que cada variable puede proporcionar a su poseedor diferente adecuación en ambientes ligeramente diversos. Es decir, las poblaciones con mucha variabilidad pueden estar como mejor preparadas para posibles, e inciertos, cambios ambientales, pues no sería raro que alguna combinación de sus caracteres resultase adecuada para vivir en los nuevos ambientes generados por esos cambios.

Todo esto que comento no puede ocurrir en poblaciones con quince individuos. Ni con treinta. La primera desventaja que posee una población que ha reducido su tamaño, es haber perdido variabilidad genética. Por lo dicho antes, si hay menos variabilidad genética, las posibilidades de supervivencia ante cambios ambientales adversos serán menores.

Como dije, la variabilidad genética es una riqueza grande para una población. Es consecuencia de años, y generaciones, produciendo individuos, algunos de los cuales salen airosos de los efectos de la selección natural. Durante todas esas generaciones se han producido mutaciones que están presentes en la población, escondidas bajo el estado de alelos recesivos, pero que en algún momento, y debido a múltiples causas, pueden manifestarse ante la selección natural.


Pero para que aparezcan nuevas formas, que es el paso previo a la subsistencia de la población, ha sido preciso que antes hubiese existido variabilidad genética sustentada en un amplio número de individuos componentes de la población.


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Las fotos utilizadas corresponden al Valle del Mao y a la presa de Belesar, en la provincia de Lugo. En ese lugar, tan apacible a simple vista, la Selección Natural es feroz. En la Naturaleza siempre es así. Por eso no hace falta indicar que estos pensamientos de la derecha corresponden a un cultivo artificial. Pero de eso hablaré en otra entrada.

jueves, 27 de marzo de 2014

SOBRE SERES VIVOS: CARACTERES DE POBLACIONES

DIVERSIDAD A SIMPLE VISTA
Biológicamente, no es lo mismo una población de trescientos individuos que una de quince, por ejemplo. A veces, cuesta trabajo hacer comprender que el tamaño es importante en las poblaciones naturales, cuando sólo dependen de su propia vitalidad y contando con la adversidad que supone resistir a la selección natural, con todos sus componentes.

Para muchos, la selección natural viene a ser algo así como “la supervivencia del más fuerte” y no tienen en cuenta el montón de variables que coinciden en ella. Componentes que conocemos y, también, que desconocemos, que tal vez son los más.
MAS DIVERSIDAD

Pero hay algo que tenemos muy claro. Aunque el blanco de la selección natural es el individuo, quien sufre sus efectos biológicos es la población a la que pertenece. En biología, muchos procesos son de ese modo, que es sobre la población donde inciden los resultados de muchos procesos vividos por sus miembros. Por citar un solo ejemplo, los individuos no evolucionan, lo hacen las poblaciones a las que pertenecen.

Volviendo al inicio, podemos preguntarnos ¿por qué es importante el tamaño de la población? Por la posibilidad de poseer mayor cantidad de variabilidad genética, lo cual viene a ser un cierto seguro de permanencia.

¿Qué entendemos por variabilidad? Vamos a ver si soy capaz de explicarlo en pocas palabras. Todos sabemos que, entre los humanos existen, entre otros, cuatro grupos sanguíneos: A, B, AB y 0. Están determinados por diferentes alelos de un mismo gen. En eso consiste la variabilidad, en que para cada carácter (grupo sanguíneo en este caso), existan diferentes posibilidades de manifestarse, debido a que en las poblaciones hay diversos alelos determinantes de alternativas biológicamente válidas para ese carácter. Puesto que el gen determinante de los grupos sanguíneos presenta diferentes formas alternativas, decimos de él que es “polimórfico”.

Aunque cada individuo tiene un solo grupo sanguíneo, es la población la que posee varios, presentes en diferentes individuos pertenecientes a ella. A esta diversidad genética presente en muchos caracteres, es a lo que se llama variabilidad genética. Representa una gran riqueza biológica para la población, puesto que cada variable puede proporcionar a su poseedor
POBLACIÓN NATURAL
diferente adecuación en ambientes ligeramente diversos. Es decir, las poblaciones con mucha variabilidad pueden estar como mejor preparadas para posibles, e inciertos, cambios ambientales, pues no sería raro que alguna combinación de sus caracteres resultase adecuada para vivir en los nuevos ambientes generados por esos cambios.

A eso llamamos preadaptación, en el sentido de que es posible que, en cada generación, existan algunos individuos ya estén adaptados para algún tipo de cambio ambiental que se pueda producir.

Pero eso no puede ocurrir en poblaciones con quince individuos. Ni con treinta. La primera desventaja que posee una población que ha reducido su tamaño, es haber perdido variabilidad genética. Por lo dicho antes, si hay menos variabilidad genética, habrá menor preadaptación y las posibilidades de supervivencia serán menores.
POBLACION NATURAL
La variabilidad genética es una riqueza grande para una población. Es consecuencia de años, y generaciones, produciendo individuos, algunos de los cuales salen airosos de los efectos de la selección natural. Durante todas esas generaciones se han producido mutaciones que están presentes en la población, escondidas bajo el estado de alelos recesivos, pero que en algún momento, y debido a múltiples causas, pueden manifestarse ante la selección natural.

Si los componentes ambientales no han cambiado, con mucha probabilidad ese nuevo aspecto puede ser eliminado pronto. Si acaso esas condiciones se han modificado, puede ser que esa nueva forma sea favorecida. O no.

Pero para que aparezcan nuevas formas, que es el paso previo a la subsistencia de la población, ha sido preciso que antes hubiese existido variabilidad genética sustentada en un amplio número de indivíduos.

sábado, 22 de marzo de 2014

SOBRE SERES VIVOS: POLEN EN EL AIRE


MANZANOS EN FLOR
Ahora sí que la primavera ha venido y no sabemos cómo ha sido. De un día para otro, los árboles han explotado con una floración exuberante que llena de alegrías, y a veces de olores, las calles y los campos. Son flores abiertas, con los estambres ofrecidos a cualquier brisa leve que pueda transportar su polen a otras flores y así poderlas fecundar.
Una fecundación muy aleatoria, pues depende de múltiples variables como pueden ser, entre otras, la dirección del viento en los días en que las flores están maduras y el mismo hecho de que se haya producido esa madurez.
El aire está lleno de esas partículas microscópicas en movimiento continuo, llevadas de un sitio para otro, hasta que llegan a caer, a veces en lugares apropiados. Lugares apropiados son, en este caso, los estigmas maduros de su misma especie, solo esos.
Como la probabilidad de que ocurra tal cosa es muy pequeña, las plantas
OFRECIDAS AL AIRE
generan muchísimos granos de polen, que son sus gametos masculinos. Todos los seres vivos, animales y vegetales, son altamente productores de gametos masculinos. No así en lo que respecta a los femeninos, ese es otro proceso en el que la naturaleza, también en animales y vegetales, se comporta de modo más parco.
Pero a lo que voy. En estos días el aire está lleno de polen que viaja de un lado para otro, llevado por corrientes de aire. Puede caer en nuestras vías respiratorias, generando esas tremendas alergias primaverales a las que son proclives tantas personas.
Ha llovido y los charcos que se han formado, muestran sus bordes amarillos debido a la presencia en ellos del polen depositado por las aguas de lluvia. En algunos casos es impresionante la cantidad de polen que aparece, y que podemos apreciar por la intensidad del color amarillo y su distribución en los suelos de las ciudades.
Siempre me asombran esas manchas producidas por minúsculos granos de
MANCHAS DE POLEN DONDE HUBO CHARCOS
polen, tal vez millones en cada charco. Caídos, ya no cumplirán con su función biológica de fecundar flores de su especie. Y cada grano lleva un genoma completo de la especie que lo ha producido, con el gasto biológico que supone tanta síntesis.…
Asombroso para nuestro modo de ver las cosas, en que casi todo se mide por criterios de rentabilidad inmediata. En la Naturaleza, el criterio es el mantenimiento de la especie a lo largo de las generaciones. Ese es el éxito biológico de una población.
 POLEN EN LO QUE FUE UN CHARCO
No hay duda de que si se produjese menos polen, el ahorro energético sería mayor para la planta que lo produce, pero las posibilidades de alcanzar unos órganos femeninos por parte de esos pocos granos de polen, serian mucho menores. A cuenta de un ahorro energético por parte del individuo, las poblaciones estarían en peligro de extinción. Ya he comentado en otros artículos que, en lo referente a reproducción, el organismo tiene unos deberes hacia la población a la que pertenece y el fundamental es contribuir a su mantenimiento.
¿Y ese polen caído? Ese polen de alto valor nutritivo que se perderá... Nadie dice que se perderá. Los vegetales forman parte de ecosistemas en los que hay cadenas nutritivas perfectamente definidas. Al poco tiempo de haber caído al suelo, horas tal vez, los componentes bioquímicos del polen habrán servido de nutrientes de organismos que ya los habrán incorporado a sus respectivos metabolismos.
En la Naturaleza no se pierde nada.