José Luis Moreno

Doctor en Derecho. Jurista amante de la ciencia y bibliofrénico. Curioso por naturaleza.
Doctor en Derecho. Jurista amante de la ciencia y bibliofrénico. Curioso por naturaleza.
21
Mar
2014
Los números de la biología (I)

Los números de la biología (I)

     Última actualizacón: 19 marzo 2018 a las 11:02

¿Qué relación guardan estos dos majestuosos organismos?

El General Sherman (una secuoya del Sequoia National Park ) tiene 11 metros de diámetro en su base. Montaje del autor a partir de fotografías de Wikimedia Commons).

 

Panthera tigris tigris  (wikimedia commons)

Aunque a simple vista pueda parecer extraño, uno de los vínculos que relacionan estos dos seres vivos puede ser el metabolismo, la red integrada de reacciones bioquímicas que mantienen la vida de un organismo. Nos referimos a los diferentes mecanismos que emplean los animales, las plantas, las bacterias etc., para obtener y procesar la energía necesaria para realizar las funciones vitales y aumentar de tamaño. El metabolismo de un árbol y un animal es diferente, pero en esencia no se trata más que de un intercambio de materia y energía con el medio.

Los mayores organismos, los que poseen mayor masa y una vida más larga que han existido nunca no fueron los dinosaurios ni las ballenas, ni siquiera son animales sino árboles. Las secoyas gigantes (Sequoiadendron giganteum) como el General Sherman de la imagen superior, llegan a elevarse por encima de los 110 metros y alcanzan perímetros de hasta 30 metros. Las más antiguas superan los 4.000 años de vida (es decir, estaban creciendo al mismo tiempo que se construían las pirámides del Egipto faraónico).

Podemos imaginar la evolución de estos enormes árboles como una carrera de armamentos en la que cada uno lucha con sus vecinos para ver quién sobresale por encima de los demás. Los árboles crecen a lo alto y desarrollan copas anchas porque compiten con otros por la luz y el agua y, a diferencia de lo que ocurre con los mamíferos terrestres o con las aves, siguen creciendo una vez alcanzan la madurez sexual. Dado que la búsqueda de recursos supone un imperativo constante, con el tiempo pueden llegar a adquirir un tamaño descomunal.

En el caso de las secuoyas gigantes, son tan grandes por su extraordinaria longevidad, y son tan longevas porque han sobrevivido a todas las amenazas que podrían haber acabado con ellas: su enorme fortaleza impide que el viento las tumbe, los ácidos tánicos y otras sustancias químicas que producen las protegen de los hongos, y su gruesa corteza es ignífuga. En definitiva, la recompensa en esta carrera evolutiva supone, para el árbol vencedor, mayor éxito reproductor y  por tanto, la posibilidad de transmitir sus genes a través de sus descendientes, altos también.

Por otro lado, el tigre de Bengala (Panthera tigris tigris), es una subespecie de tigre que habita en varios lugares de la India y el sudeste asiático. Es la más numerosa y la de mayor tamaño: la longitud total de los machos oscila entre los 270 y 310 centímetros, con un peso promedio de 221,2 kilogramos.

Como todos los tigres, se trata de animales solitarios con una alimentación basada en una dieta carnívora. Según algunos estudios, tan solo el 5% de los ataques del tigre acaban en éxito y da muerte, como promedio, a entre 40 y 50 presas cada año, lo que equivale a una cada ocho días (debemos tener presente que las presas alcanzan un amplio rango de tamaños, algunas tan grandes como crías de elefantes). La esperanza de vida para los tigres de Bengala machos es de entre 10 y 12 años, aunque hay animales que han llegado a doblar esa cifra en cautividad.

Podemos pensar que el árbol tiene la tarea más fácil a la hora de obtener nutrientes: se limita a obtener agua a través de sus raíces y a convertir la luz solar en energía para crecer en un cuerpo más o menos estable. Para hacerlo de la forma más eficiente posible, el árbol tiene una forma de ramificación con muchas superficies verdes, tallos y hojas, donde se realiza la fotosíntesis, y una raíz que crece en dirección inversa y se hunde en la tierra para absorber agua y sales minerales.

Por su parte, el tigre necesita alimentarse cazando presas con las que obtener la energía para mantener sus células en funcionamiento. Su ventaja respecto al árbol reside en que puede moverse, aunque ese movimiento, y el resto de funciones metabólicas, produce un calor que se origina de manera constante debido a los procesos bioquímicos que acompañan la formación de tejidos, la conversión de energía y el trabajo muscular (entre otros). Dado el enorme esfuerzo que supone la caza, tiene que encontrar una manera de deshacerse de ese exceso de calor corporal (que podría llevarle a la muerte).

La manera obvia de hacerlo sería enfriar su superficie (su piel) pero como el tamaño de su piel es proporcionalmente menor que su masa, este mecanismo por sí solo no es suficiente. Por ejemplo, y al contrario que la piel del tigre, el radiador de un coche sí está diseñado expresamente para maximizar el tamaño de su superficie en contacto con el aire a través de un número significativo de cámaras y pliegues.

En definitiva, a medida que los animales se hacen más grandes en tamaño, su metabolismo debe aumentar a un ritmo más lento que su volumen, o no serían capaces de deshacerse del exceso de calor.

Con estos antecedentes, vamos a analizar si es posible que el metabolismo guarde algún tipo de relación con la masa de estos organismos, independientemente de la forma, la fisiología y la historia evolutiva de árboles y animales.

Forma, función y evolución de los organismos vivos

Hace unas semanas se publicó en la revista PNAS un artículo que me llamó la atención. Lo incluí en el resumen semanal de noticias científicas que publico todos los lunes esperando tener un rato libre para leerlo con calma y estudiarlo en profundidad. En esta anotación vamos a analizar sus conclusiones. Para facilitar la lectura he dividido el texto en dos partes: en esta primera vamos a explicar el objetivo de la investigación y algunos conceptos imprescindibles para seguir sus argumentos, mientras que en la segunda parte entraremos de lleno en las conclusiones del estudio.

Bajo el título “Forma, función y evolución de los organismos vivos” (Form, function, and evolution of living organisms), el equipo de investigadores formado por dos físicos (Jayanth Banavarr y Amos Maritan), un botánico (Todd Cooke) y un hidrólogo (Andrea Rinaldo) sugiere que las plantas y los animales llegaron a soluciones similares (evolutivamente hablando) para resolver el problema del uso eficiente de la energía, y que evolucionaron en respuesta a los mismos principios físicos.

Incluso bajo un examen superficial, está claro que la forma de los animales y las plantas es distinta si tenemos en cuenta la distribución de la masa sobre el volumen. Los animales son capaces de moverse y mantienen una cierta homogeneidad en la distribución de su masa corporal. Por el contrario, las plantas permanecen inmóviles y presentan una geometría heterogénea donde la masa se concentra en el tallo y las ramas en lugar de en las hojas. Los autores de este estudio tratan de ofrecer, al tratar la física fundamental que subyace a la relación entre la forma y la fisiología de plantas y animales, una explicación acerca de cómo han evolucionado de forma independiente para lograr eficiencias energéticas equivalentes.

Proporciones y tamaño *

No creo que nadie que se haya parado a observar las maravillas del mundo animal y vegetal permanezca indiferente ante la enorme diversidad de formas y tamaños que pueden llegar a presentar. Recapacitar sobre esta variedad, fruto de la evolución de nuevas especies y el tamiz que las filtra ―la selección natural― nos debería llevar a plantearnos una serie de preguntas muy interesantes:

¿Por qué hay ardillas voladoras y no caballos que trepen por los árboles y planeen con membranas de piel tirante entre sus patas? ¿Por qué una hormiga es capaz de levantar diez veces su propio peso, mientras que a nosotros nos cuesta sostener y transportar un peso superior al nuestro? ¿Por qué los mamíferos más pequeños, como la musaraña etrusca (Suncus etruscus), de unos cuatro centímetros de longitud; y el menor de los pájaros, el colibrí zunzuncito (Mellisuga helenae), de unos cinco centímetros de largo, vienen a coincidir en peso (unos tres gramos)? ¿Por qué los menores insectos y arácnidos son todavía más pequeños?

Estas y otras muchas preguntas han sido objeto de debate entre zoólogos, físicos, botánicos, biólogos y otros muchos científicos desde hace décadas, en un intento de comprender la posible relación entre el tamaño, la forma y el desarrollo de los diferentes organismos. Como resultado tenemos una serie de hipótesis de trabajo que se someten constantemente a revisión para afinar al máximo sus predicciones.

Para mí, la mejor representación gráfica de esta enorme variedad la encontramos en la obra The Science of Life, publicada en tres volúmenes entre 1929 y 1930 por Herbert George Wells (el escritor de «La Guerra de los Mundos»), Julian Huxley y el zoólogo George P. Wells (hijo del primero). Esta lámina proporciona una excelente imagen de los tamaños extremos en los que nos movemos los seres vivos (la imagen 26 corresponde a los primeros 32 metros de una secuoya gigante):

Hay muchos casos en la naturaleza en los que el tamaño parece imponer restricciones específicas a la forma. Si una planta o un animal es grande, las restricciones físicas que actúan sobre sus proporciones son diferentes de las que operan en el caso contrario. Expuesto de otro modo, hay formas que, desde un punto de vista físico, es imposible que un organismo grande pueda adoptar; y otras no menos prohibidas para los pequeños. Y este argumento actúa en ambas direcciones ya que la forma también impone ciertas condiciones al tamaño. El ejemplo más claro lo tenemos en las aves. Aunque un ave vuele, su peso, que guarda una relación directa con su tamaño, debe permanecer dentro de un límite estricto (a nadie le extraña que las aves con cuerpos muy grandes, como las avestruces, hayan perdido la facultad de volar).

Una vez se comprendió que los cambios de tamaño solían ir acompañados de cambios en la forma, se planteó la necesidad de contar con un método para medirlos. El primer paso en ese sentido fue idear un modo de representar gráficamente los cambios de las proporciones, con la esperanza de que si se hacía correctamente conduciría a identificar un método para su medición.

En este sentido, los  dibujos de Leonardo da Vinci y Alberto Durero sirvieron de inspiración para el biólogo y matemático escocés D’Arcy Thompson quien, en 1917, revolucionó la disciplina con el libro On growth and form (Sobre el crecimiento y la forma), donde sugería un ingenioso método para relacionar ambas variables: lo llamó transformación cartesiana y lo aplicó para medir las diferencias en las proporciones de tamaño entre especies emparentadas. Sin embargo, como muchos han apuntado desde entonces, se trata de un método difícil de utilizar analíticamente por su escasa precisión y porque hace representaciones bidimensionales de objetos tridimensionales. Y quizás lo más importante, visualiza muchos cambios a la vez, lo que dificulta enormemente asignar valores numéricos a las líneas cambiantes de la trama.

Transformación cartesiana de D´Arcy Thompson (fuente: On growth and form).

Alometría

Un enfoque más sencillo (y más útil) comparado con las complejidades matemáticas de las transformaciones cartesianas de Thompson, fue el desarrollado por Julian Huxley 1. Este método se limita a cotejar la relación entre dos parámetros, dejando de lado todas las complejidades y sutilezas de los cambios de forma.

En 1936 ambos científicos acuñaron el término «alometría» para referirse a este método en un artículo conjunto publicado en inglés (en Nature) y francés (Comptes rendus de la Société de biologie) con la intención manifiesta de desterrar la confusión existente en el campo del crecimiento relativo. Aunque la definición moderna del término es aún objeto de controversia, podemos entender por alometría los cambios en las dimensiones relativas de las partes de un organismo que se correlacionan con cambios en el tamaño global; o, dicho de forma más concisa, la relación que existe entre los cambios en la forma y el tamaño global.

Junto a la adopción de un término unívoco, acordaron también el empleo de los símbolos de la fórmula algebraica:

fórmula que constituye una ley de potencias y que también puede expresarse como una expresión logarítmica:

(donde log significa «logaritmo en base 10″, un exponente del número 10; y donde α y b son constantes). Si «α» es igual a cero, «y» siempre es igual a la constante «b», cualquiera que sea el valor de «x» (recordemos que un número elevado a 0 siempre es igual a 1).

Quizás comprendamos mejor el uso de esta fórmula con un ejemplo sencillo. Supongamos que tenemos dos series de mediciones como la longitud de los brazos y la altura de un conjunto de hombres adultos. Si asignamos la variable «y» para la longitud de los brazos, y la «x» para la altura, la ecuación se ajusta bien a la realidad si hiciéramos que «α» fuera igual a 1 ya que, en este caso, la longitud de los brazos sería directamente proporcional a la altura. Y esta es precisamente la característica que presenta la anatomía humana, algo que conocemos bien desde que Leonardo da Vinci la representó en su famoso dibujo «El hombre de Vitrubio». Vemos por tanto que el punto clave está en determinar el valor de «α», valor que podemos obtener a partir de observaciones cuidadosas y de la representación gráfica de esos datos observacionales.

Esto es así porque las fórmulas que siguen la ley de potencias del tipo descrito más arriba dan líneas rectas al representarlas en papel logarítmico 2 y también porque la pendiente de esa representación es el exponente «α de la ley de potencias.

Si los datos puntuales que describen un experimento, o un conjunto de observaciones, dibujan una línea recta al representarlos en papel logarítmico, podemos estar seguros de que la fórmula que analizamos describe la relación entre «x» e «y». Además, como hemos dicho, el exponente «α» y la constante «b» pueden leerse directamente a partir de la pendiente de la curva logarítmica y del valor de «y» cuando hacemos que «x» sea igual a 1. Expliquemos esto antes de continuar:

Las representaciones logarítmicas, a diferencia de las gráficas cartesianas, permiten incluir un enorme rango de valores en un mismo gráfico. Para hacerlo, el gráfico logarítmico disminuye el espacio entre los números a medida que éstos son más grandes y dilata ese espacio cuando son pequeños. Curiosamente, actuamos de la misma forma cuando mantenemos cerca de nuestros ojos algo pequeño, y nos alejamos cuando queremos tener una visión completa de algo más grande.

Para construir esta escala logarítmica se emplea usualmente la base 10. Así, la distancia entre 10 y 100 es la misma que entre 1 y 10, y la marca del 10 dista del 20,lo mismo que la del 1 de la del 2, como podemos ver en esta figura:

Supongamos que tenemos dos medidas relacionadas con la dimensión de un cráneo: una la consignaremos bajo el valor de «x», y la otra bajo el valor de «y». Al examinar un total de 18 cráneos de diferentes tamaños, incorporamos sus medidas en una tabla como ésta:

Vamos a representar «y» en función de «x» en una gráfica logarítmica (colocando en el eje horizontal o de las abscisas las mediciones de «x», y en el eje vertical o de las ordenadas las mediciones de «y»). Vemos como la representación de los datos dibuja una línea perfectamente recta (algo que en la práctica no suele ocurrir con tanta precisión).

Representación logarítmica (realizado con el programa Excel©).

Ahora ya podemos obtener la pendiente de la representación directamente del gráfico ―que recordemos es igual al exponente «α» de la fórmula descrita más arriba―. Para ello medimos, con una regla ordinaria, el incremento en la distancia vertical entre dos puntos cualesquiera de la línea (1) y dividimos ese resultado por el incremento en la distancia horizontal entre dichos puntos (2), medida con la misma regla. Utilizando este procedimiento, calculamos que en nuestro caso concreto, la pendiente es de 1,75.

Tomando en consideración que, según las mediciones que habíamos registrado en la tabla, el valor de «y» para x=1 es de 3,5 no tenemos más que despejar para obtener el valor de «b» que arroja el siguiente resultado

Cuando la ecuación  se usa para relacionar una dimensión «x», con otra «y» en una serie de organismos de diferentes tamaños, se denomina formula alométrica. Es importante que tengamos presente que esta relación alométrica es meramente descriptiva y no ofrece una explicación de por qué se dan esas proporciones.

La forma en que se llegó esta relación es muy ilustrativa al respecto. Huxley y otros tomaron gran cantidad de medidas de diferentes partes de animales y plantas para intentar encontrar una relación entre las mismas. En un número sorprendente de organismos, al representar los datos en papel logarítmico, aparecía una línea recta como la que hemos visto más arriba.

Sin embargo, no todas las medidas proporcionaron líneas perfectamente rectas. En algunos casos aparecían dos o más líneas rectas o, en otros, la línea se curvaba ligeramente. El primer caso es señal de un súbito cambio en el valor de «α», que puede significar la transición de una etapa de desarrollo a otra; por ejemplo, antes y después de alcanzar la madurez sexual. En otros casos, el valor de α cambia de modo continuo dando una línea curva. En estas situaciones resulta de poca utilidad el análisis alométrico.

En definitiva, lo que demuestra la fórmula alométrica es la existencia de un cambio de proporciones con el cambio de tamaño. Ahora bien, la pregunta importante que debemos plantearnos es si se puede aplicar este método de análisis a organismos de diferentes especies y tan distintos entre sí como los animales y las plantas, así como qué relación guarda la masa con la superficie, el volumen y el metabolismo de un organismo.

Isometría

La isometría, o semejanza geométrica, se da cuando el exponente α de la ecuación alométrica descrita más arriba es igual a 1. Es decir, son los casos en que si «x» duplica su longitud, y hace lo propio, o lo que es lo mismo, cuando las proporciones permanecen constantes, sin variaciones con el cambio de tamaño (para entender fácilmente este concepto solo tenemos que pensar en las ampliaciones fotográficas que permiten obtener imágenes de diferentes tamaños pero con idénticas proporciones). Cuando realizamos comparaciones entre individuos de diferentes tamaños dentro de una misma especie encontramos generalmente este tipo de isometría.

Según lo estipulado por la isometría, el área debe ser proporcional al cuadrado de la longitud del organismo. De esta forma, para animales geométricamente semejantes y de la misma densidad, la masa corporal «m» es proporcional al cubo de la longitud del cuerpo, de ahí que la longitud sea proporcional a la raíz cúbica de la masa corporal. Con estos datos se sigue que las áreas deben seguir las mismas proporciones que las masas corporales elevadas a la potencia 2/3. Como han corroborado numerosos estudios, se ha constatado en muchas especies que las áreas de superficie resultan ser proporcionales a la potencia 2/3 de la masa corporal.

Como ya hemos apuntado más arriba, al comparar animales o plantas terrestres de tamaños muy diferentes las proporciones cambian con el tamaño y son alométricas. Por ello la isometría rige sólo para comparaciones hechas dentro de un rango limitado de tamaños, en el seno de la misma especie o en otras circunstancias particulares.

Algunas pinceladas más sobre el metabolismo

Ahora que hemos analizado las proporciones, el cambio de tamaño y de forma, concluimos la primera parte de esta anotación exponiendo algunos conceptos relacionados con el metabolismo y la generación de calor.

Como ya hemos señalado, una gran parte de la energía química absorbida por el organismo se libera en forma de calor. En la tasa de intercambio de calor intervienen tres factores esenciales: la tasa de generación de calor a través del metabolismo, la tasa de ganancia de calor debida a las condiciones ambientales y la tasa de pérdida de calor al medio ambiente. Así, los organismos pueden perder o ganar calor a través de diferentes procesos físicos:

  • conducción: es la transferencia de calor entre sustancias u objetos en contacto. Si la temperatura del medio circundante es inferior a la del cuerpo, éste experimenta una pérdida de calor; mientras que si la temperatura del medio es superior, la transferencia se invierte (ganancia de calor).
  • convección: es la transferencia de calor contenido en una masa de fluido (ya sea gas o líquido) por el movimiento de la masa del mismo. Este proceso, que ocurre en todo fluido, hace que el aire caliente ascienda y sea reemplazado por aire más frío, creando una corriente térmica.
  • radiación: transferencia a través de la radiación electromagnética sin contacto directo.
  • evaporación: el cambio de estado de líquido a gas requiere gran cantidad de calor en el caso del agua. Muchos animales disipan calor permitiendo que se evapore agua en su superficie corporal (sudoración).

El tercer factor en el intercambio de calor es la tasa metabólica. Para su análisis se tiene en cuenta la tasa metabólica basal: la tasa de consumo de energía en seres homeotermos (organismos que mantienen su temperatura corporal dentro de unos límites, independientemente de la temperatura ambiental) medida en condiciones de reposo, ayuno y temperatura ambiental termoneutra (rango de temperatura ambiental en el que un organismo no necesita activar procesos de eliminación o generación de calor para mantener su temperatura corporal constante).

En los estudios de fisiología comparada se ha podido establecer que la masa de los animales influye de manera muy importante en su tasa metabólica. Aunque la tasa metabólica aumenta uniformemente con la masa, el incremento no es proporcional al mismo. Los animales de mayor tamaño consumen proporcionalmente menos energía que un animal de tamaño pequeño.

La explicación de esta relación viene dada por la ley de la superficie. Los mamíferos y las aves tienden a perder calor de manera más o menos constante porque mantienen temperaturas que suelen estar por encima de la temperatura ambiental. Y, como ya dijimos al comienzo, a medida que los animales se hacen más grandes en tamaño, su metabolismo debe aumentar a un ritmo más lento que su volumen, o no serían capaces de deshacerse del exceso de calor.

Con todo lo expuesto hasta ahora estamos en disposición de analizar las conclusiones del estudio publicado en PNAS, cosa que haremos en la segunda parte. No se la pierdan.

 

 

Esta anotación participa en la XXIX Edición del Carnaval de Biología que organiza ::ZTFNews

 

Artículo principal

Banavar JR, Cooke TJ, Rinaldo A, & Maritan A (2014). Form, function, and evolution of living organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111 (9), 3332-7 PMID: 24550479

(Ver artículo completo aquí)

Otras referencias

McMahon, T. A. y  Bonner, J. T. (1986), Tamaño y vida. Barcelona: Prensa Científica, 255 p.

Huxley, J. S. y  Teissier, G. (1936a), «Terminology of relative growth». Nature, vol. 137, núm. 3471, p. 780-781.

Huxley, J. S. y  Teissier, G. (1936b). «Terminologie et notation dans la description de la croissance relative». Comptes rendus de la Société de biologie, tomo 121, p. 934–937

Gayon, J. (2000), «History of the concept of allometry«. American Zoologist, vol. 40, núm. 5, p. 748-758.

Gayon, J. (2000), «De la croissance relative à l’allométrie (1918-1936)«. Revue d’histoire des sciences, vol. 53, núms. 3-4, p. 475-498

Notas

  1. en Problems of relative growth – se puede descargar en formato pdf aquí), al que hizo fundamentales contribuciones Georges Teissier (en Recherches morphologiques et physiologiques sur la croissance des insectes – se puede descargar en formato pdf aquí). ↩
  2. ver representación logarítmica en wikipedia. ↩
Publicado por José Luis Moreno en CIENCIA, 5 comentarios
18
Mar
2014
Siete días … 10 a 16 de marzo (Little foot)

Siete días … 10 a 16 de marzo (Little foot)

     Última actualizacón: 24 septiembre 2017 a las 12:59

BIOLOGÍA

Los elefantes del Parque Nacional Amboseli (Kenia, África) diferencian a sus enemigos por la voz. Estos animales reconocen a los varones de la tribu masái –su principal amenaza humana en esta región– y responden ante ellos con un comportamiento defensivo, incluso aunque se hagan pasar por mujeres.

“Reconocer a los depredadores y juzgar el nivel de amenaza que poseen es una habilidad crucial para muchos animales salvajes”, indica Karen McComb, líder del estudio.

Según los investigadores, la capacidad de discriminar la amenaza real de la aparente tiene un impacto importante ya que evita interrupciones repetidas de la alimentación y reduce el estrés fisiológico del animal.

En su trabajo de campo, los científicos grabaron una misma frase: “Mira, mira por allá, un grupo de elefantes se acerca”, en los idiomas maternos de dos tribus, la masái y la kamba. Registraron un total de 25 voces de hombres y mujeres de la tribu masái –tanto de adultos como de jóvenes–, y también registraron diez voces de adultos machos de la etnia kamba.

“Los masái pastan su rebaño por el Parque Amboseli y, por lo tanto, tienden a encontrarse más con elefantes que los miembros de la tribu kamba, cuya actividad principal se basa en la agricultura de parcelas afincadas lejos del parque”, declara Graeme Shannon, uno de los autores del estudio.

Los resultados del experimento mostraron que estos gigantescos mamíferos tenían un comportamiento más defensivo, como agruparse o husmear, ante las grabaciones de los hombres de la tribu masái, que cuando oyeron a mujeres y niños de esta etnia, o a hombres de la tribu kamba.

Trabajos previos estudiaron el comportamiento de estos paquidermos ante estímulos visuales y olfativos. Según los científicos,  los elefantes tenían también más miedo cuando se encontraban con ropa de color rojo y olor típico de la tribu de los masái, que con las prendas de los kamba.

Shannon concluye: “Con las señales acústicas, los elefantes reconocen la etnia, la edad y el género de un predador potencial. Esta es una ventaja a sistema de defensa y lo hace más efectivo. Muy útil cuando el depredador se encuentra fuera del campo de visión”.

• Noticia Agencia SINC

• Artículo: Elephants can determine ethnicity, gender, and age from acoustic cues in human voices.

EVOLUCIÓN HUMANA

‘Little Foot’ se convierte en el australopitecus completo más antiguo. Después de trece años de excavación meticulosa del esqueleto fósil casi completo de australopitecus llamado Little Foot (Pié Pequeño), científicos sudafricanos y franceses han demostrado de manera convincente que es probable que tenga alrededor de 3 millones de años.

En un artículo publicado recientemente, los últimos hallazgos del profesor Ron Clarke de la Universidad de Witwatersrand y sus colegas refutan afirmaciones anteriores de que estos restos corresponden a un espécimen más joven, como resultado de un estudio detallado de la estratigrafía, microestratigrafía, y geoquímica en todo el esqueleto.

En 1997, Ron Clarke, Stephen Motsumi y Nkwane Molefe de la Universidad de Witwatersrand, descubrieron un esqueleto casi completo de australopitecus con el cráneo incrustado en el sedimento calcificado en una cámara subterránea de las cuevas. Comenzaron a excavar cuidadosamente este esqueleto con el fin de entender los procesos que contribuyeron a su conservación.

Esta fue la primera vez que una excavación de un australopitecus ha tenido lugar en un antiguo depósito calcificado. Durante el transcurso de esta excavación, se hizo evidente que el esqueleto había sido sometido a una perturbación y al colapso parcial en una cavidad inferior y que un fluido calcáreo había llenado posteriormente los huecos formados alrededor de los huesos desplazados.

A pesar de este hecho, otros investigadores dataron las coladas y afirmaron que dichas fechas representan la edad del esqueleto. Esto ha creado la falsa impresión de que el esqueleto es mucho más joven de lo que realmente es.

Pero ahora, un equipo francés de especialistas en el estudio de cuevas de piedra caliza han demostrado que las coladas que llenaron los huecos se formaron por una antigua erosión y colapso, y que, por tanto, el esqueleto es más antiguo. Pie Pequeño tiene, probablemente, alrededor de 3 millones de años, y no los 2,2 millones de años que han sido injustamente reclamados por otros investigadores. El esqueleto ha sido totalmente excavado de la cueva y el cráneo, los brazos , las piernas, la pelvis y otros huesos se han limpiado en gran medida.

• Noticia Europa Press

• Artículo: Stratigraphic analysis of the Sterkfontein StW 573 Australopithecus skeleton and implications for its age.

NEUROCIENCIA

Investigadores españoles han observado un mecanismo desconocido hasta ahora por el que los axones, la parte de las neuronas especializada en conducir el impulso nervioso, son guiados a través del sistema nervioso en desarrollo hasta su destino. La molécula FLRT3 es clave para modular el comportamiento de estos axones en ese proceso.

El estudio desvela el mecanismo molecular que ocurre en el interior de los axones en crecimiento que permite respuestas rápidas a factores repulsivos y atractivos necesarios para alcanzar su destino.

El funcionamiento del sistema nervioso central se basa en el establecimiento de largos tractos axonales que crecen siguiendo complejas trayectorias. Estos tractos axonales están compuestos de haces de axones que permiten a las neuronas contactar con otras neuronas del sistema nervioso.

La proyección talamocortical constituye una de las conexiones más importantes del cerebro, ya que transmite la información de los órganos sensoriales hasta la corteza cerebral, donde la integración de esta información da lugar a la percepción y a la generación de respuestas adecuadas a los estímulos internos y externos.

El desarrollo aberrante de esta conexión podría estar implicado en algunas enfermedades neurológicas como el autismo o la epilepsia. Comprender el desarrollo temprano de la proyección talamocortical es un desafío fundamental para la neurociencia.

La investigadora Guillermina López Bendito explica en la nota de prensa del Instituto de Neurociencias que “los axones en crecimiento poseen una estructura muy dinámica en su extremo llamada cono de crecimiento que explora el entorno extracelular en busca de señales que indiquen al axón la dirección en la que debe crecer. Estas señales, llamadas moléculas de guía axonal, pueden estar fijas a un sustrato o ser difusibles, y pueden atraer o repeler a los axones. Los conos de crecimiento contienen receptores que reconocen estas moléculas de guía y traducen la información en una respuesta direccional”.

Mediante la combinación de estudios de bioquímica, biología molecular y genética, los investigadores han demostrado que la respuesta atractiva a la molécula de guía axonal Netrina1 está controlada por una proteína denominada FLRT3. Esta proteína regula la abundancia del receptor de Netrina1, denominado DCC, en la membrana celular. FLRT3 no se expresa en todos los axones en desarrollo sino en aquellos que requieren una regulación dinámica de la atracción por Netrina1.

La presencia o ausencia de FLRT3 es crucial para determinar la trayectoria de los distintos axones y las neuronas con las que conectan. De esta manera, conexiones axonales que se caracterizan por una organización espacial topográfica precisa, como la conexión talamocortical, se aseguran un desarrollo correcto durante la fase embrionaria.

Cada neurona del tálamo proyecta el axón hacia su respectiva área de la corteza cerebral y no a otras. “Demostramos que las proyecciones del tálamo que necesitan ser atraídas hacia zonas anteriores del cerebro expresan FLRT3, mientras que las que conectan con otras regiones no lo expresan”.

• Noticia Tendencias21

• Nota de prensa del Instituto de Neurociencias

• Artículo: FLRT3 is a Robo1-interacting protein that determines Netrin-1 attraction in developing axons

PALEONTOLOGÍA

Descubierto un tiranosaurio enano adaptado al frío del Ártico. El Tiranosaurio Rex tenía un primo enano adaptado a vivir en el Ártico. Su cráneo medía poco más de 60 centímetros de largo frente al metro y medio del carnívoro más famoso entre los dinosaurios y sería un animal adaptado a vivir en las condiciones difíciles del extremo Norte. A esta conclusión llegan los paleontólogos que han analizado unos fósiles del cráneo de un dinosaurio de hace 70 millones de años hallados en el Norte de Alaska y que, dadas sus características, incluyen en la familia de los tiranosaurios, aunque se trate, afirman, de una especie nueva que han bautizado Nanuqsaurus hoglundi.

“El tiranosaurio pigmeo por sí mismo es realmente genial porque nos dice algo acerca de cómo era el medio ambiente en el Ártico en el pasado remoto, pero lo que hace más interesante este descubrimiento es el hecho de que el Nanuqsaurus hoglundi también nos dice algo acerca de la riqueza biológica del antiguo mundo polar durante un tiempo en que la Tierra era muy templada en comparación con ahora.

Aunque el Ártico tuviera un clima más benigno que ahora hace 70 millones de años, la región estaba sometida a profundos cambios estacionales del régimen de luz, con inviernos oscuros y veranos de largos días. Muchos vertebrados se adaptan a vivir en regiones con fuerte variabilidad estacional que supone una época de disponibilidad de alimentos y otra de escasez o incluso ausencia; el truco está en almacenar reservas en la primera para sobrevivir en la segunda. Se sabe que los vertebrados modernos afrontan esas condiciones a través de cambios adaptativos fisiológicos o de comportamiento respecto a sus parientes de zonas menos extremas. Tal vez los dinosaurios funcionaran igual, señalan los investigadores de Texas, y el pequeño tamaño del N. hoglundi en comparación con sus gigantescos primos, la masa corporal reducida, sería una adaptaciones a la menor disponibilidad de alimentos y a las variaciones de temperatura.

Los fósiles del nuevo tiranosaurio fueron recogidos en el norte de Alaska en 2006 y estaban incrustados en bloques de roca; se llevaron al Museo de Dallas y donde los especialistas los sacaron y limpiaron. Actualmente se exponen en dicha institución. Son tres piezas de un cráneo incompleto: un fragmento del maxilar, otro de la parte superior del cráneo y el tercero de la cara.

• Noticia El País

• Artículo: A Diminutive New Tyrannosaur from the Top of the World (descarga directa en formato PDF)

FÍSICA

Científicos de la Universidad Nacional de Singapur han creado un dispositivo que convierte en térmicamente invisibles a personas u seres u objetos, es decir, que elimina o camufla el calor que emiten y que puede ser detectado por otros. Para ello utiliza materiales naturales, por lo que resulta rentable y fácilmente escalable.

El equipo ha investigado cuidadosamente su dispositivo en condiciones tanto dependientes del tiempo como de la temperatura y ha descubierto que posee un excelente rendimiento termodinámico.

Su investigación también ha introducido una nueva dimensión en el campo emergente de la «fonónica», que es el control y la manipulación del flujo de calor con los fonones (partículas que transmiten el calor dentro de los materiales sólidos).

Una aplicación derivada de la investigación, señala Qiu, sería la gestión del calor de circuitos electrónicos, interconectores y baterías muy compactados.

• Noticia Tendencias21

• Artículo: Experimental Demonstration of a Bilayer Thermal Cloak

• Artículo: Full Control and Manipulation of Heat Signatures: Cloaking, Camouflage and Thermal Metamaterials

CIENCIAS PLANETARIAS

Utilizando el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) situado en el norte de Chile, un equipo de astrónomos ha anunciado hoy el descubrimiento de una inesperada aglomeración de monóxido de carbono en el polvoriento disco que rodea a la estrella Beta Pictoris. Esto supone una sorpresa, ya que se supone que este tipo de gas es rápidamente destruido por la luz de la estrella. Algo —probablemente numerosas colisiones entre pequeños objetos helados como cometas— puede estar haciendo que el gas siga reponiéndose continuamente.

Beta Pictoris, una estrella cercana fácilmente visible a ojo en el cielo austral, ya es aclamada como el arquetipo de sistema planetario joven. Se sabe que alberga un planeta que orbita a unos 1.200 millones de kilómetros de su estrella, y fue una de las primeras estrellas descubiertas rodeada por un gran disco de restos polvorientos.

Nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA muestran que el disco está impregnado de monóxido de carbono. Paradójicamente, la presencia de monóxido de carbono, tan nocivo para los seres humanos en la Tierra, podría indicar que el sistema planetario de Beta Pictoris podría convertirse en un buen hábitat para albergar vida. El bombardeo de cometas que están sufriendo sus planetas puede estar proporcionándoles agua, lo que podría permitir el desarrollo de vida.

Pero el monóxido de carbono se descompone rápidamente y con facilidad por la luz de las estrellas: solo puede durar unos 100 años en las zonas del disco de Beta Pictoris donde ha sido observado. Encontrarlo en el disco de Beta Pictoris, de 20 millones de años, es una sorpresa total. ¿De dónde proviene y por qué está aún ahí?

“A menos que estemos viendo a Beta Pictoris pasando por un momento muy inusual, el monóxido de carbono debe estar siendo repuesto de manera continua”, afirma Bill Dent, astrónomo de ESO en la Oficina Conjunta de ALMA (Joint ALMA Office, Santiago, Chile) y autor principal del artículo publicado hoy en la revista Science. “La fuente más abundante de monóxido de carbono en un sistema solas joven son las colisiones entre cuerpos helados, desde cometas hasta objetos mayores, de tamaño planetario”.

Se han planeado observaciones posteriores con ALMA, que aún no ha alcanzado el cien por cien de sus capacidades, aún en desarrollo, con el fin de arrojar más luz sobre este misterioso sistema planetario, ayudando así a comprender qué condiciones se dieron durante la formación de nuestro Sistema Solar.

• Noticia ESO (European Southern Observatory)

• Artículo: Molecular Gas Clumps from the Destruction of Icy Bodies in the β Pictoris Debris Disk

INGENIERÍA

Investigadores del CSIC y la Universidad Politénica de Valencia han creado una célula solar de silicio que transforma en electricidad la radiación infrarroja. Los resultados de la investigación podrían servir para crear células fotovoltaicas de alto rendimiento.

El Sol es una fuente inagotable de energía que de ser bien explotada podría solucionar muchos de los problemas energéticos actuales. El dispositivo capaz de realizar la conversión de luz solar en electricidad es la célula fotovoltaica, comúnmente conocida como célula solar.

Pero existen diversos obstáculos que impiden una mayor generalización de su uso, entre ellos un coste relativamente alto (del orden de 20 céntimos de euro por vatio producido) y una eficiencia baja, por debajo del 17 por ciento. Esto quiere decir que de cada vatio que recibimos del Sol, sólo a aprovechamos una pequeña parte, los 0,17 vatios que corresponden al espectro visible.

El motivo de la baja eficiencia de las células fotovoltaicas convencionales reside en que los materiales básicos para su fabricación, como el silicio, son baratos de producir, pero sólo pueden absorber y aprovechar una pequeña parte del espectro solar. El resto de la radiación solar, que corresponde a la zona infrarroja, no es aprovechada y se pierde.

El nuevo trabajo, en el que también han participado otros grupos del CSIC, la UPV, la UPC y la Universidad Rovira i Virgili de Tarragona, supone un nuevo enfoque científico para poder desarrollar en el futuro células fotovoltaicas de alto rendimiento.

• Noticia Agencia SINC

• Artículo: All-silicon spherical-Mie-resonator photodiode with spectral response in the infrared region (descarga directa en formato PDF)

HISTORIA

El láser y el radar desvelan los secretos de los puentes romanos. Descubrir arcos ocultos, visualizar el perfil alomado de la época medieval, localizar un grabado renacentista sobre un arco romano o detectar restauraciones. Estos son algunos de los resultados obtenidos por investigadores de la Universidad de Vigo tras analizar más de 80 puentes romanos y medievales con la ayuda de un georradar, un escáner láser y modelos matemáticos, una tecnología que ayuda a su conservación.

En los últimos años la UNESCO y otras organizaciones preocupadas por la conservación del patrimonio histórico y cultural han destacado la importancia de utilizar métodos no destructivos para documentar las características de los monumentos y evaluar su estado de conservación. En esta línea, investigadores del grupo de Geotecnologías Aplicadas de la Universidad de Vigo han utilizado láser y radar para, mediante rayos de luz y ondas, estudiar cerca de 85 puentes antiguos en el noroeste de España. El último, el de Monforte de Lemos, en Lugo.

El georradar o radar de subsuelo (GPR, por sus siglas en inglés) está constituido por una antena –que emite y recibe pulsos de corta duración–, una unidad de control y un ordenador. El conjunto se puede montar en una especie de carrito, donde va instalado el sistema, o en un vehículo móvil de inspección para ir tomando los datos sobre la calzada del puente.

“La información de este sistema se complementa con la que ofrece el LiDAR o láser escáner terrestre, cuyo haz barre todo el puente para tomar en unos minutos las coordenadas X, Y, Z de millones de puntos del monumento”, señala Solla. El resultado es una nube de puntos, a partir de la que se pueden obtener planos detallados y modelos en 3D del puente.

De esta forma se han detectado detalles estructurales y geométricos desconocidos, incluso grietas, en muchas de las construcciones. En algunos casos, como en el del puente romano de Segura, entre los municipios de Piedras Albas (Cáceres) y Segura (Portugal), esta tecnología también ha servido para detectar los restos de un grabado renacentista en uno de los arcos.

Según Solla, “toda esta información tiene un interés histórico, pero también es útil para que los ingenieros civiles planifiquen las medidas de conservación, mejora y restauración en este tipo de infraestructuras”.

• Noticia Agencia SINC

• Artículo: Ancient Stone Bridge Surveying by Ground-Penetrating Radar and Numerical Modeling Methods

ARQUEOLOGÍA

La localidad 1 de Zhoukoudian, en el norte de China, ha sido ampliamente conocida desde 1920, por el descubrimiento del ancestro humano del Pleistoceno Medio, Homo erectus pekinensis (conocido como el Hombre de Pekín). Desde 1931, la consideración de que los homínidos de Zhoukoudian podían usar y controlar el fuego había llegado a ser ampliamente aceptada. Sin embargo, algunos análisis habían puesto en duda esta afirmación, pues el agregado silíceo (una fase insoluble de la ceniza quemada) no estaba presente en los restos de cenizas recuperados en el yacimiento.

Ahora, nuevos análisis sobre cuatro muestras de cenizas recuperadas en diferentes ubicaciones de la localidad 1 de Zhoukoudian, durante las excavaciones llevadas a cabo en 2009, presentan evidencias del uso controlado del fuego por parte del Hombre de Pekín

Con el fin de examinar si el agregado silíceo y el potasio estaban presentes en la fase insoluble de la ceniza, Gao Xing y su equipo recogieron cuatro muestras en diferentes ubicaciones del yacimiento: una muestra del nivel estratigráfico 6 (ZKD4) y tres del nivel 4 (ZKD1, ZKD2, y ZKD3). Una vez que la presencia de agregados silíceos y de potasio son identificados en los depósitos de ceniza, la utilización, in situ, del fuego se puede extrapolar.

Los análisis detectaron un gran número de aglomerados sinterizados en las fases insolubles residuales de las muestras. Además, indicaban que los elementos asociados a los agregados silíceos (Al, Si, K y Fe) estaban presentes en las cuatro muestras. El análisis de la composición del material mostró que las sustancias de las fases insolubles de la ceniza eran principalmente SiO2, C elemental y silicatos. El carbono elemental estaba presente en la ceniza, y las fases insolubles contenían de un 1,21% a 2,94% de peso de K elemental. Por lo tanto, los resultados de las pruebas indican claramente la presencia de C elemental, de K elemental y de áridos silíceos en las fases insolubles de la ceniza de la localidad 1 de Zhoukoudian, proporcionando una fuerte evidencia de la utilización, in situ, del fuego por parte del Homo erectus pekinensis.

• Noticia Phys.org (en inglés)

• Artículo: On the possible use of fire by Homo erectus at Zhoukoudian, China

Publicado por José Luis Moreno en SIETE DÍAS, 1 comentario
10
Mar
2014
Siete días … 3 a 9 de marzo (evolución del lenguaje)

Siete días … 3 a 9 de marzo (evolución del lenguaje)

     Última actualizacón: 21 septiembre 2017 a las 15:38

EVOLUCIÓN HUMANA

Una investigación innovadora de un experto de la Universidad de Nueva Inglaterra revela que nuestros parientes los neandertales bien pudieron comunicarse entre ellos hablando en lenguas no muy diferentes a las que utilizamos los humanos modernos en la actualidad.

Precisar el origen y la evolución del habla y el lenguaje humano es uno de los más antiguos y debatidos asuntos en el mundo científico. Durante mucho tiempo se ha creído que otras variedades del género homo, incluyendo a los neandertales que compartieron la Tierra con nuestros ancestros hace miles de años, simplemente carecían de la capacidad cognitiva necesaria y la estructura vocal necesaria para desarrollar la voz.

El profesor Stephen Wroe, zoólogo y paleontólogo de la UNE, junto con un equipo internacional de científicos y el uso de la tecnología de imágenes de rayos X en 3D, hizo un descubrimiento revolucionario que desafía esta idea sobre la base de un hueso hioides de Neanderthal de 60.000 años de antigüedad descubierto en Israel en el año 1989.

«Para muchos, el hioides neandertal descubierto fue sorprendente, ya que su forma era muy diferente a la de nuestros parientes más cercanos, los chimpancés y los bonobos. Sin embargo, era prácticamente indistinguible del de nuestra propia especie. Esto llevó a algunas personas a argumentar que este neandertal podía hablar», expone el profesor Wroe.

«El contra-argumento obvio para esta afirmación es que el hecho de que los neandertales tuvieran hioides de la misma forma que los humanos modernos no significa necesariamente que los utilizaran en la misma forma. Con la tecnología de la época era difícil verificar el argumento de una manera u otra». No obstante, los avances en el modelado de imágenes en 3D por computadora permitieron el equipo de Wroe examinar la cuestión.

«Analizando el comportamiento mecánico del hueso fosilizado con imágenes de micro-rayos X, hemos sido capaces de construir modelos del hioides que incluían la estructura interna compleja del hueso. Luego los comparamos con los modelos de los humanos modernos. Nuestras comparaciones mostraron que en términos de comportamiento mecánico, el hioides del neandertal era básicamente indistinguible del nuestro, lo que sugiere fuertemente que esta parte fundamental del tracto vocal se utiliza de la misma manera.

«A partir de esta investigación, se puede concluir que lo más probable es que los orígenes del habla y el lenguaje son mucho, mucho más antiguos, de lo que se pensaba».

• Noticia Europa Press

• Artículo: Micro-Biomechanics of the Kebara 2 Hyoid and Its Implications for Speech in Neanderthals (descarga directa en formato PDF)

GENÉTICA

Hablar de ensayos clínicos para controlar el VIH y el sida siempre despierta expectativas. Este ha sido el caso de un nuevo estudio que muestra una terapia génica capaz de reducir la carga viral sin necesidad de antirretrovirales. Liderado por investigadores de la Universidad de Pensilvania (EE UU), este estudio en fase I revela el éxito de la ingeniería genética en las células inmunitarias de doce pacientes VIH positivos para resistir la infección.

En seis de ellos se pudo observar la disminución de las cargas virales al retirarles durante doce semanas los medicamentos antirretrovirales, e incluso, uno de los pacientes consiguió controlar el virus reduciendo su carga a niveles indetectables.

Los científicos utilizaron una nueva tecnología conocida como dedo de zinc nucleasa (zinc finger nuclease, ZFN) para desarrollar esta terapia de células T, responsables de coordinar la respuesta inmune celular. “Es una tecnología que tiene dos partes: los zinc fingers se unen a una molécula específica de ADN y la otra parte de la proteína, la nucleasa, corta el ADN”, explica a Sinc Pablo Tebas, investigador español que dirige la Unidad de Ensayos Clínicos del sida perteneciente a la institución norteamericana, uno de los dos centros en los que se completó el estudio. “No es que controle el VIH en los pacientes. Pero es un primer paso en el camino para dominar el virus sin tratamiento antirretroviral”

“Como a la célula no le gusta tener un corte en el ADN lo pega de nuevo. Y como no lo hace bien porque lo pega de forma inmediata, básicamente corta el gen al que se ha unido. Es una forma selectiva de quitar una secuencia específica de ADN del genoma, en este caso el gen que el virus del sida usa para entrar en la célula CD4”, añade Tebas, primer autor del trabajo.

Las células CD4 son las que dirigen el ataque contra las infecciones. Según cuenta el experto español, que se formó en la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Madrid, desde hace muchos años se sabe que el virus del sida necesita esa proteína (el correceptor CCR5) para poder entrar en la célula e infectarla.

Para llevar a cabo el estudio, el equipo analizó dos cohortes de seis pacientes cada una, todos tratados con infusiones individuales de unas 10.000 millones de células con VIH –a las que se previamente se ‘eliminó’ el CCR5 de los cromosomas y se volvieron a poner dentro del paciente– entre mayo de 2009 y julio de 2012.

A la mitad de ellos se le quitó la terapia farmacológica durante las doce semanas de tratamiento, a partir de la cuarta semana tras la infusión, mientras que los otros seis mantuvieron los medicamentos antirretrovirales.

“Se sabe que estas infusiones son seguras y tolerables porque alrededor del 1% de la población no tiene esa proteína. Es una mutación que hace que esa proteína no sea funcional, lo que convierte a dicho porcentaje de personas en resistente al virus del sida”, subraya Tebas.

Sin embargo, los autores son prudentes y matizan los hallazgos logrados. “No es que controle el VIH en los pacientes. De hecho, de los seis pacientes solo uno controló realmente el virus. Pero es un primer paso en el camino para dominar el virus sin tratamiento antirretroviral”. Como una de las personas tratadas en la muestra fue capaz de controlar el virus sin tratamiento antirretroviral gracias a su heterocigosis, el siguiente paso para los autores es aumentar la dosis. “Ese paciente sugiriere un posible efecto de dosis, cuántas más células modificadas recibas más efectivo es el tratamiento”, apunta Tebas. “Para complementar la dosis de las células puedes tratar más células o hacer que el ambiente sea más favorable a las células genéticamente modificadas”.

Para seguir con esta segunda opción, a partir de abril los investigadores comenzarán en una cohorte más grande un tratamiento con ciclofosfamida –empleada en quimioterapia o lupus–, que consigue ‘hacer más espacio’ para estas células nuevas.

• Noticia Agencia SINC

• Artículo: Gene Editing of CCR5 in Autologous CD4 T Cells of Persons Infected with HIV

MICROBIOLOGÍA

Hace unos 30.000 años, en un rincón de Siberia, un virus gigante quedó congelado en el suelo. Pasaron los siglos y sobre aquella capa de tierra helada se fueron depositando muchas otras, generando un terreno conocido como permafrost. Este entorno gélido y en completa oscuridad funciona como un congelador natural perfecto para que un virus como aquel permaneciese intacto, en estado latente, a la espera de una situación más propicia para volver a la acción. En el año 2000, pasados unos 300 siglos, un equipo de científicos rusos extrajeron justo la porción de permafrost en la que estaba aquel virus gigante, aunque no lo supieron hasta mucho después.

Fue en 2012 cuando otro equipo de científicos franceses comenzó a rastrear aquellas muestras extraídas en Kolyma, en el extremo noreste de Rusia. Ese año un equipo había conseguido revivir una planta de unos 30.000 años que también había quedado conservada en estado latente en el permafrost. Si una planta podía hacer eso, por qué no también un virus, esos patógenos  al límite entre la vida y la muerte que permanecen inertes hasta que invaden algo vivo para reproducirse.

Para cazarlo, los investigadores usaron cebo vivo: amebas que pusieron a crecer mezcladas con las muestras del permafrost. La mayor parte de las veces no pasaba nada y los microbios seguían viviendo sin problemas. Por fin, un día, en uno de los muchos cultivos celulares, las amebas empezaron a morirse sin explicación aparente. Al analizarlas, los investigadores descubrieron por fin al virus gigante de Siberia, el más grande que se ha hallado nunca y, de largo, el más antiguo que ha resucitado, según explican hoy los descubridores del nuevo patógeno en un estudio publicado en la revista científica PNAS. Además, al analizar el virus, los investigadores franceses han comprobado que no se parece a ninguno otro conocido y que su rara mezcla de características le convierte en una nueva familia y especie de virus gigante.

El equipo mantiene que el otro gran tipo de virus gigantes conocidos, los megavirus, pueden ser descendientes de microbios que perdieron algunos genes fundamentales como los necesarios para codificar proteínas (la base de la vida) y pasaron a hacerlo invadiendo a otros microbios. La teoría causó revuelo ya que algunos autores consideraban que el equipo no presentaba pruebas suficientes para sostener la existencia de una cuarta dimensión de la vida. Abergel dice ahora que la teoría “sigue en pie”. De hecho el nuevo virus de Siberia es una rara mezcla de los dos tipos de virus gigantes conocidos hasta ahora, los megavirus y los pandoravirus. Por fuera se parece a los pandoravirus, pero por dentro tiene un genoma sorprendentemente pequeño. Si los pandoravirus tienen hasta 2.500 genes y los megavirus unos 1.000, los phitovirus solo llevan dentro 500. Según el trabajo, los especímenes hallados en Siberia guardan más cercanía genética con los megavirus (y con otros virus de tamaño convencional) que con los pandoravirus. “No tenemos ningún escenario teórico para explicar el origen de los pandoravirus porque son demasiado extraños [ella utiliza la palabra inglesa alien]”, dice Abergel. “Debido a sus caracterísitcas intermedias entre los pandoravirus y los mimivirus, los pithovirus añaden una importante pieza del puzle. Ahora necesitamos aislar más virus como estos y entender cómo se originan y evolucionan”, apunta.

“Este tipo de trabajo nos da a entender que sabemos muy poco sobre la vida microbiana en nuestro planeta”, resalta Josep Gasol, microbiólogo del Instituto de Ciencias del Mar (CSIC) y líder del bloque de microbiología de la Expedición Malaspina. “Me sorprende mucho que este virus, de hace 30.000 años, pueda atacar a una ameba actual”, añade.

Una posible explicación, apunta Martínez, es que en realidad este virus nunca se haya ido, es decir, que haya seguido vivo en los mares todo este tiempo sin que nadie lo haya detectado hasta ahora.

• Noticia Materia

• Artículo: Thirty-thousand-year-old distant relative of giant icosahedral DNA viruses with a pandoravirus morphology

NEUROCIENCIA

Pese a lo que pueda parecer, nuestro ojo no es una cámara especialmente efectiva. Es cierto que tenemos unos 105 millones de fotorreceptores por cada ojo, un valor que si trasladáramos a una cámara digital nos daría una resolución de 105 megapíxeles (las más caras del mercado dan unos 40), pero toda esa información no se puede enviar al cerebro. «En origen», explica el investigador español Luis Martínez Otero a Next, «la resolución de nuestro ojo es brutal, pero en realidad solo mandamos un millón de cables al cerebro, o lo que es lo mismo, un megapíxel de información». Esto es así porque la evolución tiende a ahorrarse dispendios. Si cada receptor mandara la información directamente a la corteza, necesitaríamos 105 millones de cables y un nervio óptico tan grueso como el propio ojo. Esto, además de darnos un aspecto bastante marciano, con una cabeza descomunal y ojos saltones, provocaría que el consumo energético del sistema fuera insostenible.

Este ahorro de energía ha llevado a que el sistema visual tome algunos atajos. «La estrategia es: reducimos un montón el muestreado, hacemos uno muy grande al inicio y lo reducimos con una resolución baja con la esperanza de poder aumentarla en la estructura a la que llegue la información», explica Martínez Otero, investigador del Instituto de Neurociencias de Alicante. Su investigación pone encima de la mesa un cambio de paradigma respecto al sistema visual y revela el papel de un núcleo del cerebro, el núcleo geniculado lateral del tálamo, en el proceso. «Lo que sucede, paradójicamente, es muy parecido a lo que pasa al mandar información por internet, o en otros procesos digitales. Haces una compresión de la información y luego lo descomprimes», asegura. «Lo que hemos descubierto es que hay un núcleo que hace exactamente lo que haría Photoshop con una imagen que quiere ampliar: primero la interpola para hacer la imagen mucho más grande. En ese proceso pierdes nitidez en los bordes y, para evitar eso, cualquier dispositivo fotográfico aplica máscaras de desenfoque y distintos tipos de filtros. Pues bien, resulta que los circuitos del tálamo hacen lo mismo».

El estudio de Martínez Otero y su equipo es también, en definitiva, otra prueba de que el proceso de «ver» es una reconstrucción del cerebro, una recomposición basada en trocitos de información que pasan por distintos circuitos. «El mayor consumo de recursos mientras miramos un objeto», apunta el científico, «no se produce por esta ‘superposición de filtros’, sino en la corteza cerebral, para contextualizar las imágenes». Cuando miramos, lo que vemos depende tremendamente del contexto, no hay percepciones en términos absolutos. Si miramos un folio blanco en la penumbra de casa y el mismo folio bajo el sol de mediodía, el blanco nos parecerá el mismo aunque no sean ni parecidos. Esto se ve muy bien con las ilusiones visuales. «Hay un trabajo ingente de construcción a posteriori de lo que vemos, basado en tu memoria, tu conocimiento del mundo, tus sensaciones… y por eso la visión, y el testimonio de un testigo ocular, es tan poco fiable». Por eso conviene no fiarse demasiado de los que nos dicen los ojos. Y conocer mejor cómo nos mienten es un buen comienzo.

• Noticia Next

• Artículo: Statistical Wiring of Thalamic Receptive Fields Optimizes Spatial Sampling of the Retinal Image

PALEONTOLOGÍA

Un equipo de investigadores ha hallado en Portugal los restos fósiles de una nueva especie de dinosaurio que, con una longitud de diez metros y un peso de cuatro a cinco toneladas, podría ser el mayor predador terrestre de Europa. Según el estudio, encabezado por Christophe Hendrickx y Octavio Mateus, de la Universidade Nova de Lisboa y el Museo de Lourinhã, el animal podría haber sido asimismo uno de los dinosaurios carnívoros más grandes del período jurásico.

En los sedimentos del jurásico superior, en el centro de Portugal, se han hallado restos de numerosas clases de dinosaurios que representan una de las faunas europeas más ricas de dinosaurios y «ciertamente la más diversa desde el jurásico tardío en Europa», señalaron los autores.

En esas muestras están representadas todas las ramas mayores en el árbol filogenético de los dinosaurios, aparte de los llamados marginocéfalos o «cabezas con reborde» que vivieron desde el jurásico superior hasta el cretácico superior entre hace unos 157 y 65 millones de años. Entre esos, añade el artículo, los terápodos, un tipo de dinosaurios carnívoros, son de lejos el grupo más diversificado entre los dinosaurios.

Los científicos que descubrieron los huesos de este ejemplar al norte de Lisboa creyeron, inicialmente, que se trataba de un Torvosaurus tanneri, una especie de dinosaurio que se ha hallado en América del Norte.

Una comparación más detallada del hueso de pantorrilla, mandíbula superior, dientes y una porción de vértebra de la cola indicó a los autores que el ejemplar merecía un nuevo nombre de especie y lo llamaron Torvosaurus gurneyi.

Este dinosaurio tenía dientes con forma de hoja de cuchillo de hasta diez centímetros de longitud, lo cual indica que puede haber estado en la cumbre de la cadena alimentaria en la península Ibérica hace unos 150 millones de años. Los científicos calcularon que puede haber alcanzado un tamaño de diez metros de largo con un peso de cuatro a cinco toneladas.

El número de dientes, como asimismo el tamaño y la forma de la boca, diferencian al torvosauros europeo del americano. La mandíbula superior del americano tiene once o más dientes, en tanto que la del europeo tiene menos de once.

«Éste no es el dinosaurio predador más grande que conocemos», señaló Hendrickx. «Los tiranosaurios, carcarodontosaurios y giganotosaurios del período cretáceo fueron animales más grandes.

«Pero con un cráneo de 115 centímetros de largo, el Torvosaurus gurney fue uno de los carnívoros terrestres más grandes en esta época y fue un predador activo que cazaba otros dinosaurios grandes, como lo prueban sus dientes con forma de hoja de cuchillo»

• Noticia La Vanguardia

• Artículo: Torvosaurus gurneyi n. sp., the Largest Terrestrial Predator from Europe, and a Proposed Terminology of the Maxilla Anatomy in Nonavian Theropods (descarga directa en formato PDF)

FÍSICA

Un estudio llevado a cabo por científicos de la Universidad de McGill (Canadá) ha logrado elaborar un vidrio 200 veces más fuerte que un cristal estándar. Para este trabajo los expertos se han inspirado en las conchas de los moluscos.

Los autores de la investigación comenzaron su estudio observando materiales naturales, como conchas de moluscos, huesos y uñas, que son muy resistentes a pesar de que están hechos de minerales frágiles. Según explican los científicos, el secreto de estos objetos radica en el hecho de que los minerales están unidos entre sí en una unidad más dura y más grande.

En el caso de las conchas, hechas en más de un 95 por ciento de un material frágil, el equipo advirtió que el nácar reviste muchas de ellas por dentro a modo de tabletas microscópicas y es lo que las hace tan fuertes. «La capa de nácar del interior de algunos moluscos es unas 3.000 veces más resistente que los minerales que la componen», ha precisado el autor principal, François Barthelat.

Los expertos en ciencia de los materiales llevan veinte años estudiando el nácar para desentrañar todos sus secretos y, hasta ahora, los intentos previos de recrear su estructura han sido un desafío.

Por ello, en este trabajo los expertos han optado por grabar en láminas de vidrio, mediante un láser 3D, los patrones estructurales del nácar. Según destaca el artículo, al probar este nuevo material se detectó que era mucho más resistente que las láminas vidrio que no habían sido tratadas.

El objetivo final de este trabajo es que, con este sistema, el vidrio podía absorber impactos con mejor rendimiento y doblarse ligeramente en lugar de romperse. «Un contenedor de vidrio estándar se romperá si se deja caer en el suelo. Por el contrario, un recipiente hecho de este vidrio bioinspirado tiene la posibilidad de deformarse un poco, sin fracturarse completamente», ha añadido Barthelat.

En este sentido, ha explicado que el vidrio grabado con láser se puede «estirar» en casi un 5 por ciento antes de quebrarse, en comparación con una capacidad de deformación de sólo el 0,1 por ciento para el vidrio estándar.

• Noticia Europa Press

• Artículo: Overcoming the brittleness of glass through bio-inspiration and micro-architecture

INFORMÁTICA

Investigadores de la Universidad de Liverpool (Reino Unido) han demostrado por primera vez que las redes WiFi pueden ser infectadas con un virus que puede moverse a través de áreas densamente pobladas tan eficientemente como un resfriado común se propaga entre los humanos.

El equipo diseñó y simuló un ataque de un virus, llamado Camaleón, y descubrió que no sólo podía extenderse rápidamente entre los hogares y las empresas, sino que también era capaz de evitar ser detectado e identificar los puntos en los que el acceso Wi-Fi estaba menos protegido por encriptación y contraseñas.

Investigadores de la Facultad de Ciencias de la Computación e Ingeniería Eléctrica y Electrónica simularon un ataque a Belfast y Londres en un entorno de laboratorio y encontraron que Camaleón se asemejaba a un virus transmitido por el aire, que viajaba a través de la red WiFi por medio de los puntos de acceso (APs) que conectan a los hogares y a las empresas a las redes WiFi.

Las áreas que están más densamente pobladas tienen más puntos de acceso próximos entre sí, lo que significa que el virus se propagaba más rápidamente, sobre todo a través de redes que se podían conectar en un radio de 10-50 metros

Camaleón fue capaz de evitar la detección debido a que los sistemas actuales de detección de virus buscan los virus que están presentes en Internet o las computadoras, pero Camaleón sólo está presente en la red WiFi. Aunque muchos puntos de acceso están suficientemente encriptados y protegidos con contraseña, el virus simplemente seguía adelante para encontrar aquellos que no estaban protegidos fuertemente, incluyendo puntos de acceso libres y comunes en lugares como cafeterías y aeropuertos.

• Noticia Tendencias21

• Artículo: Detection and analysis of the Chameleon WiFi access point virus

ARQUEOLOGÍA

El movimiento del Sol sobre los cielos de Petra determinó la forma en que se levantaron los monumentos de esta y otras ciudades nabateas. Así lo revela el análisis estadístico sobre la posición espacial de sus palacios, templos y tumbas efectuado por científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el CSIC y la Universidad de Perugia (Italia).

Los resultados apuntan a que aquellas grandes construcciones se levantaron teniendo en cuenta los equinoccios, los solsticios y otros acontecimientos astronómicos que determinaron la religión de los nabateos. Este antiguo pueblo prosperó entre los siglos I a. C. y I d. C en lo que hoy es Jordania y países cercanos.

“Las orientaciones astronómicas fueron a menudo parte de un plan elaborado y, posiblemente, una huella de la naturaleza astral de su religión, que mostraba impresionantes ‘hierofanías’ o actos de manifestación de lo sagrado en edificios relacionados con los tiempos de culto y adoración”.

Un ejemplo claro se observa en Ad Deir, el Monasterio de Petra. Durante el solsticio de invierno la luz del sol poniente entra por la puerta del monumento e ilumina el sagrado motab. Se trata de un pódium donde se colocaba unos bloques de piedra que representaban a las divinidades, como el dios Dushara.

“El efecto es espectacular, y solo se puede observar durante unos pocos días próximos a ese solsticio”, comenta Belmonte, que también destaca como justo en ese momento se produce otro fenómeno curioso. Desde el propio motab se observa cómo la puesta del sol recrea sobre las rocas de enfrente la figura de una cabeza de león, el animal de la diosa nabatea Al Uzza.

Los cálculos matemáticos también muestran el trazado astronómico que sigue la tumba de la Urna, otro famoso monumento donde se supone estuvo enterrado el rey Maliko II.

Su puerta principal está centrada con el entorno según la puesta de sol del equinoccio, cuando el día se iguala a la noche, y los rayos solares durante los solsticios de invierno y verano determinan las dos esquinas interiores del edificio.

• Noticia Agencia SINC

• Artículo: Light and Shadows over Petra: Astronomy and Landscape in Nabataean Lands (descarga directa en formato PDF)

Publicado por José Luis Moreno en SIETE DÍAS, 1 comentario
06
Mar
2014
Para entender la paleoantropología. 2ª parte: La evolución

Para entender la paleoantropología. 2ª parte: La evolución

     Última actualizacón: 10 agosto 2018 a las 06:39

Les propongo que hagamos un breve y sencillo experimento. Prueben a introducir en el buscador de imágenes de Google los términos “evolución”, “evolución humana” o “evolución del hombre”. Verán desfilar ante sus ojos ―en múltiples variantes pero con un claro denominador común― una de las imágenes que más daño ha hecho a la comprensión de la evolución de nuestra especie:

Sigan leyendo esta anotación porque espero que al final comprendan bien el porqué.

En la primera parte de esta serie analizamos qué es la paleoantropología y cómo se forma la “materia prima” ―por decirlo de alguna forma― de su objeto de estudio: los restos fósiles de los organismos que vivieron en el pasado. Cuando estos fósiles comenzaron a ver la luz y nació la paleontología moderna, gracias sobre todo al trabajo de Georges Cuvier, se inició un estudio sistemático de los mismos que llevó a la comprensión de que la vida tiene una historia, que existe variabilidad, y que se puede analizar el cambio en la morfología de los animales extintos. Este hecho fundamental, junto con algunos otros, llevaron al asentamiento de la idea de la evolución de las especies.

No vamos a hacer un estudio pormenorizado de las diversas corrientes que llevaron al planteamiento de la teoría de la evolución por Charles Darwin (y Alfred Russel Wallace) en 1859, ni tampoco vamos a detallar los avatares por los que ha atravesado la disciplina desde entonces ya que supondría alargar en exceso este texto. Lo que sí pretendo es ofrecer una visión clara y comprensible acerca de qué es la evolución biológica y cómo funciona.

En latín clásico, la palabra evolutio significa “desenrollar o abrir un libro” (detalle), por lo que podemos traducirla como «leer», ya que los libros y documentos eran, en época romana, rollos de papiro o pergamino que había que desenrollar para poder leerlos. El verbo relacionado, evolvere, tiene como raíz el verbo volvo que significa “girar, dar vueltas” (detalle). Lo que estos términos sugieren es una idea de movimiento, de un camino que se abre ante nosotros y que podemos seguir. Curiosamente, a pesar de que en la actualidad asociamos de forma casi inmediata el término «evolución» con la obra cumbre de Charles Darwin titulada “El origen de las especies”, éste prefería hablar de “teoría de la descendencia con modificación”; puntualizando que esa modificación no estaba predeterminada, orientada o dirigida, sino que era producida por lo que llamó la «selección natural». Tanto es así que en la primera edición de ese trascendental libro, la palabra «evolución» sólo aparece una vez, y es precisamente al final del mismo (de hecho es la última palabra de la obra):

Hay grandeza en esta concepción de que la vida, con sus diferentes facultades, ha sido alentada en unas cuantas formas o en una sola, y que, mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado [evolved] y se están desarrollando, a partir de un comienzo tan sencillo, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas.

[…] from so a simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being, evolved.

La evolución no busca, pero encuentra *

Siguiendo los postulados de Francisco Ayala, podemos decir que la teoría de la evolución se ocupa de tres materias diferentes. La primera es el hecho mismo de la evolución, es decir, el hecho de que las especies cambian con el paso del tiempo y que es posible describir su historia. Si lo hacemos, descubrimos que todas ellas están emparentadas entre sí al tener un antepasado común. Podemos resumir este primer punto con la afirmación de que todos los seres vivos descienden de antepasados comunes, que son cada vez más diferentes de sus descendientes cuanto más tiempo ha pasado entre unos y otros.

Representación gráfica de la ascendencia común (por el autor).

La segunda materia es la historia de la evolución. A estudiar la evolución tratamos de establecer las relaciones de parentesco entre unos organismos y otros, así como determinar, de forma tan precisa como sea posible, en qué momento se produjo la separación entre los distintos linajes que llevan a las especies vivas en la actualidad (o saber en qué momento quedaron extintas). La evolución biológica implica por tanto el origen de nuevas especies.

La tercera y última materia se refiere a las causas de la evolución. Quizás sea este el punto que en la actualidad genera más debate en la comunidad científica, y también el más importante. Una vez sentado que los organismos cambian y que se diferencian cada vez más con el paso del tiempo, se vuelve esencial comprender los mecanismos o los procesos que causan esa evolución. Darwin, por ejemplo, describió el mecanismo de la selección natural, el proceso que explica la adaptación de los organismos a su ambiente y la evolución de órganos y funciones. Otros procesos evolutivos importantes son los relacionados con la genética (desconocida para Darwin).

Bueno, hasta ahora hemos hablado de muchas cosas pero no hemos explicado qué dice la teoría de la evolución. Como hemos apuntado, la evolución biológica es el proceso de cambio y diversificación de los organismos en el tiempo (y en términos genéticos, el proceso de cambio en la constitución genética de los organismos a través del tiempo). Actualmente, la teoría de la evolución combina las propuestas de Charles Darwin y Alfred Russel Wallace con las leyes de la herencia descritas por Gregor Mendel, así como otros avances posteriores en genética. Según esta teoría, que recibe el nombre de “síntesis moderna” o “teoría sintética”, la evolución se define como un cambio en la frecuencia de los alelos de una población a lo largo de las generaciones. Este cambio puede darse por diferentes mecanismos tales como la selección natural, la deriva genética, la mutación y la migración o flujo genético (más bajo explicaremos brevemente estos conceptos).

El argumento central de Darwin parte de la existencia de variaciones que se heredan. Las variaciones favorables, desde el punto de vista del organismo, son las que incrementan su posibilidad de sobrevivir, pero no vivir por vivir, sino vivir para dejar descendencia, para transmitir su carga genética. La selección natural surge como consecuencia de diferencias en la supervivencia, la fertilidad, el ritmo de desarrollo, el éxito en encontrar pareja, o en cualquier otro aspecto del ciclo vital del organismo. Todas estas diferencias pueden ser aglutinadas bajo el término de reproducción diferencial puesto que todas ellas afectan al número de descendientes que dejan los organismos. Las variaciones favorables serán entonces conservadas y multiplicadas de generación en generación a expensas de las menos ventajosas, precisamente porque quienes las portan viven lo suficiente como para transmitirlas a su descendencia con más eficacia. A medida que las variaciones más útiles van apareciendo, irán reemplazando a las menos ventajosas, y como consecuencia de ello, los organismos cambiarán en su apariencia y configuración. Este proceso de multiplicación de variaciones ventajosas, a costa de las que no lo son, es lo que Darwin llama selección natural.

Como resultado de tal proceso, los organismos estarán mejor adaptados a su ambiente. La razón de ello es que son precisamente las variaciones que mejoran la adaptación al ambiente las que aumentan la probabilidad de que un organismo sobreviva y se multiplique. El proceso se facilita por el hecho de que los ambientes en que los organismos viven también están en continuo cambio. Estos cambios ambientales incluyen no solo los relacionados con el clima y otros aspectos físicos, sino también el entorno biológico: los depredadores, los parásitos y los competidores con los que un organismo interactúa le afectan de manera importante. Al mismo tiempo, el entorno biológico de una especie cambia sin cesar puesto que las especies que constituyen ese entorno están evolucionando a su vez. De esta forma, el proceso de evolución por selección natural implica una retroalimentación que hace que la evolución continúe indefinidamente.

François Jacob

Cuando Darwin publicó “El origen de las especies” no tenía ninguna prueba de la existencia de la selección natural y elaboró su teoría sólo por inferencia. Ernst Mayr ha esquematizado los argumentos de Darwin en cinco hechos y tres deducciones que son muy útiles para comprender la esencia de esta cuestión:

  • Hecho número uno: Todas las especies tienen una gran fecundidad potencial que debería producir un crecimiento muy rápido de las poblaciones, siempre que todos sus miembros sobreviviesen y se reprodujesen.
  • Hecho número dos: salvo fluctuaciones anuales u ocasionales, el número de miembros de las poblaciones se mantienen estables.
  • Hecho número tres: los recursos naturales son limitados y en un entorno relativamente estable se mantienen más o menos constantes (debemos señalar que por recursos se entiende tanto el espacio físico como el alimento disponible).
  • Primera deducción: teóricamente, el número de individuos debería sobrepasar rápidamente las capacidades de mantenimiento del entorno; este desequilibro va a producir una “lucha por la existencia” que sólo permitirá que se reproduzca una pequeña parte de los miembros de las poblaciones. En realidad, Darwin empleó el término “lucha” de forma metafísica ―a pesar de algunas interpretaciones malintencionadas― por lo que hoy hablamos de “competencia”.
  • Hecho número cuatro: dos individuos de una población nunca son exactamente iguales y toda población manifiesta una gran variabilidad. Esta fórmula pone de manifiesto algunos datos esenciales de la revolución darwiniana. Los autores previos manejaban un concepto de especie según el cual existe un tipo, un modelo de cada especie, que se reproduce de forma inmutable (corriente que ha venido a llamarse fijismo), donde las variaciones observadas son meros accidentes de “copia”. En cambio, para Darwin la variabilidad es una propiedad fundamental de la especie; no puede existir un tipo privilegiado puesto que todos los individuos son igualmente representativos de la especie con una constitución única.
  • Hecho número cinco: gran parte de esta variabilidad es heredable. La variabilidad por tanto es el material del cambio evolutivo.
  • Segunda deducción: la supervivencia en este ambiente de competencia no se debe al azar, sino que depende en gran parte de la constitución genética de los supervivientes. Esta supervivencia desigual constituye el proceso de selección natural (hoy sabemos que esta afirmación debe ser matizada ya que, dependiendo de las especies, la parte debida al azar o al determinismo genético en la supervivencia varía en límites muy amplios, aunque siempre existe una combinación entre ambos).
  • Tercera deducción: a lo largo de las generaciones, el proceso de selección natural conduce a un cambio gradual de las poblaciones, es decir, a la evolución con producción de nuevas especies.  Este proceso de diversificación está contrarrestado por la extinción de las especies: se estima que casi el 100% de todas las especies que han existido en el pasado han desaparecido sin dejar descendientes. Las especies actuales, estimadas en unos 10 millones (las descritas por los biólogos son menos de 2 millones) son el saldo entre la diversificación y la extinción.

Vamos a explicar cómo opera la selección natural con un ejemplo que se ha convertido en clásico: el melanismo industrial. Tenemos una especie de polilla cuyos miembros pueden ser de color oscuro o claro, en este caso nos referimos concretamente a la polilla del abedul Biston betularia —en la imagen de abajo, la forma clara (definida como «común») está rotulada con el número 2; y la forma oscura (definida como «carbonaria») rotulada con el número 1.

En 1848, en pleno apogeo de la revolución industrial en Inglaterra, los naturalistas se dieron cuenta de que en áreas industriales, contrariamente a lo que pasaba en zonas no contaminadas, las formas oscuras de esta polilla predominaban sobre las claras.

La explicación tiene que ver con la contaminación ambiental: el hollín de las fábricas mata los líquenes grisáceos-claros que se encuentran sobre la corteza de los abedules, donde estas polillas pasan gran parte de su tiempo, haciendo al mismo tiempo que esa corteza se vuelva más oscura. A partir de esta evidencia, H. B. D. Kettlewell llevó a cabo una serie de experimentos que demostraron que las formas oscuras se camuflaban mejor de las aves depredadoras que la claras en la corteza de los árboles, siendo de esta forma favorecidas por la selección —en la imagen superior vemos una polilla común sobre una corteza de abedul sin contaminar (3), y en la imagen siguiente (4) ambas polillas sobre la corteza ennegrecida por el hollín de las fábricas. En este caso concreto, el color oscuro se convierte en un rasgo adaptativo porque sus portadores sobreviven más que los de color claro.

Pero esta ventaja de la forma oscura no tendría ninguna trascendencia si no fuese hereditaria. Dado que el color oscuro esta determinado por un tipo (o alelo) de un gen, mientras que el color claro lo está por otro alelo del mismo gen, el que las polillas oscuras dejen más descendientes implica que el alelo oscuro aumentará su representación en la población de la siguiente generación. Las adaptaciones son, por tanto, aquellas características que aumentan su frecuencia en la población por su efecto directo sobre la supervivencia o el número de descendientes que dejan aquellos individuos que la portan. En nuestro ejemplo, las formas claras eran miméticas en las zonas no contaminadas, siendo aquí seleccionadas a favor y, por tanto, más numerosas.

En este punto no quiero dejar pasar la oportunidad de traer a colación al genial Stephen Jay Gould, un gran científico y enorme divulgador, que era capaz de unir ciencia y arte cada vez que nos explicaba cualquier concepto:

la formulación básica ―el esqueleto― de la selección natural es un argumento de una simplicidad desarmante, basado en tres hechos innegables (sobreproducción de descendencia, variación y heredabilidad) y una inferencia silogística: la selección natural, o la afirmación de que los organismos con más éxito reproductivo serán, en promedio, las variantes que, por azar, resulten estar mejor adaptadas a los entornos locales cambiantes, las cuales, por herencia, transferirán a sus descendientes sus rasgos favorecidos.

Para mostrarnos gráficamente su visión de la teoría de la evolución escogió una figura procedente de la edición latina de 1747 de una obra precursora en la historia de la paleontología: el tratado de Agostino Scilla titulado La vana speculazione disingannata dal senso (La vana especulación desengañada por los sentidos). La obra fue publicada en italiano en 1670 y, entre otras bellas ilustraciones, cuenta con una etiquetada “coral articulado presente en gran abundancia en los acantilados y colinas de Messina”:

Gould nos explica que el tronco central del coral ―la teoría de la selección natural (1)― no puede cortarse porque la criatura moriría. Este tronco central se divide luego en un número limitado de ramas principales, que él llamó “los puntales básicos” (2, 3 y 4) y que se corresponden con las tres partes esenciales de la teoría darwiniana (sobreproducción de descendencia, variación y heredabilidad): son tan indispensables que la eliminación de cualquiera de ellas supondría poner en entredicho la teoría al completo de forma que sería necesario rebautizar la nueva estructura básica. Por último, hay otros posibles puntos de corte que, si bien obligan a repensar algunos conceptos, no suponen poner en peligro el esquema esencial. En estas partes más alejadas del tronco central podemos incluir el equilibrio puntuado, la teoría neutralista etc.

Mecanismos evolutivos

Ya hemos visto el principal mecanismo de cambio evolutivo, la selección natural. Pero como también hemos apuntado, existen otros que vamos a comentar brevemente a continuación (en futuras anotaciones los veremos con más detalle).

Las frecuencias génicas pueden cambiar por razones puramente aleatorias (lo que se llama deriva genética). En cada generación se produce un sorteo de genes (llamado recombinación) durante la transmisión de gametos de los padres a los hijos. La mayoría de los organismos son diploides, es decir, tienen dos copias de cada gen (una heredada de la madre y otra del padre). Sin embargo, los gametos de estos organismos portan solo uno de los dos ejemplares (alelos) de cada gen. El que un gameto lleve un alelo u otro es una cuestión de azar. Como el único componente que se transmite de generación en generación es el material genético (los genes), el que un individuo deje más descendientes implica que sus variantes génicas (alelos) estarán más representadas en la siguiente generación.

La deriva genética produce un cambio aleatorio en la frecuencia de los alelos de una generación a otra, resultando que estadísticamente se produce una pérdida de los alelos menos frecuentes y una fijación de los más frecuentes. Como es de esperar, este mecanismo provoca una disminución en la diversidad genética de la población y tiende a homogeneizar el acervo genético, motivo por el que la magnitud de los cambios está inversamente relacionada con el tamaño de la población: cuanto mayor sea el número de individuos en una población, menor será el efecto de la deriva genética. Podemos ilustrar este mecanismo con el clásico ejemplo de lo que sucede cuando lanzamos una moneda al aire. Si lanzamos una moneda dos veces, no nos sorprende que salgan dos caras, aun cuando eso significa que sale cara el 100% de las veces. Sin embargo, sí resultaría sorprendente y sospechoso que salieran 20 caras seguidas en 20 tiradas, que es también el 100% de los casos. Uno espera que la proporción de caras obtenidas en una serie de tiradas se aproxime a 0,5 (50%) cuando el número de tiradas es bastante alto.

La relación es la misma con respecto a la deriva genética. Cuanto mayor sea el número de individuos en la población, menor será la diferencia entre las frecuencias de una generación y la siguiente, aunque no debemos olvidar que lo que cuenta no es el número total de individuos en la población, sino su “tamaño eficaz”. El tamaño eficaz se define por aquellos individuos que dejan descendientes: la razón es que sólo los individuos reproductores transmiten sus genes a la generación siguiente, y si éstos son muy pocos, las consecuencias de la deriva pueden ser grandes (a efectos de la deriva genética, la existencia de pocos individuos reproductores, aunque la población total sea muy grande, es igual a una población muy pequeña). En general, para muchas clases de organismos se calcula que el tamaño efectivo de la población es aproximadamente un tercio del número total de individuos.

Los efectos de la deriva genética son normalmente pequeños de una generación a otra, dado que la mayoría de las poblaciones naturales constan de miles de individuos reproductores. Pero los efectos sobre muchas generaciones pueden ser importantes. Si no hubiera otros procesos de cambio evolutivo, tales como el de selección natural y el de mutación, las poblaciones llegarían al final a tener un solo alelo de cada gen. La razón es que tarde o temprano uno u otro alelo sería eliminado por la deriva genética. Debido a la mutación, los alelos desaparecidos de una población pueden reaparecer de nuevo y, si unimos a la ecuación la selección natural, podemos comprender que la deriva genética no tiene consecuencias importantes en la evolución de las especies salvo en aquellas que constan de poquísimos individuos.

Y este es precisamente el supuesto que Ernst Mayr llamó «efecto fundador». Variaciones fortuitas en las frecuencias alélicas similares a las debidas al efecto fundador tienen lugar cuando las poblaciones pasan a través de un «cuello de botella». Cuando el clima u otras condiciones son desfavorables, es posible que las poblaciones sufran una pérdida drástica de sus individuos y corran el riesgo de llegar a extinguirse. Sin embargo, si superan esa situación dramática, las poblaciones pueden recobrar su tamaño normal con el paso del tiempo aunque los genes portados por todos los miembros derivarán de los pocos genes presentes originalmente en los fundadores o supervivientes.


Representación gráfica de un cuello de botella poblacional (wikimedia commons).

En la historia evolutiva de nuestra especie se ha dado el caso de que las tribus eran diezmadas con frecuencia a causa de diversas enfermedades, bruscos cambios climáticos y otras circunstancias, aunque por suerte para nosotros, se recobraban a partir de los supervivientes o gracias a los inmigrantes de otras tribus. De esta forma, las diferencias entre las poblaciones actuales de seres humanos en la frecuencia de algunos genes parecen ser, al menos en arte, el resultado de los cuellos de botella por los que pasaron las poblaciones humanas primitivas.

Por otro lado tenemos la mutación. Podemos definir una mutación como cualquier cambio estable y heredable en la secuencia de nucleótidos del ADN. Cuando dicha mutación afecta a un sólo gen se denomina mutación génica; cuando es la estructura de uno o varios cromosomas la que se ve afectada, mutación cromosómica; y cuando una o varias mutaciones provocan alteraciones en todo el genoma se denominan mutaciones genómicas.

La tasa de mutación de un gen o una secuencia de ADN es la frecuencia en la que se producen nuevas mutaciones en ese gen o en la secuencia en cada generación. Una alta tasa de mutación implica un mayor potencial de adaptación en el caso de un cambio ambiental, pues permite a los individuos disponer de más variantes genéticas, lo que aumenta la probabilidad de que surja la variante adecuada necesaria para adaptarse al cambio ambiental. Del mismo modo, y como contrapartida, una alta tasa de mutación aumenta el número de mutaciones perjudiciales o deletéreas de los individuos y, por tanto, aumenta también la probabilidad de extinción de la especie.

Por lo tanto, una mutación en un lugar clave puede producir un cambio de características del organismo, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede heredar o transmitir a la descendencia. Una vez en marcha, la selección natural actuará sobre ese cambio, manteniéndolo o eliminándolo en el caso de que permita o no al organismo adaptarse mejor al ambiente. También sucede en muchas ocasiones que una mutación no produce ningún efecto determinante.

Por último, el intercambio de genes entre poblaciones debido a la migración de los  individuos entre poblaciones es otro factor importante de cambio genético. Si dos poblaciones difieren en las frecuencias de los alelos de algunos de sus genes, entonces el intercambio genético entre individuos de las poblaciones emigrante y local producirá un cambio de las frecuencias de los genes en cada una de ellas. Las migraciones humanas durante la expansión neolítica por ejemplo determinaron significativamente el tipo y la cantidad de variación genética de nuestra especie.

La sistemática o cómo clasificamos los organismos

Una vez que hemos analizado la teoría de la evolución y comprendido la enorme diversidad biológica que es capaz de generar la selección natural, podemos entender la importancia que tiene contar con un sistema que permita clasificar nuestro conocimiento del mundo animal, no sólo por necesidades intelectuales y de organización, sino porque un buen sistema de este tipo permite extraer importantes conclusiones evolutivas.

En biología, la sistemática es el estudio de la identificación, la taxonomía y la nomenclatura (estas últimas son disciplinas auxiliares que tratan del análisis de las características de un organismo con el propósito de clasificarlo y nombrarlo conforme a unas reglas establecidas). Así, la sistemática trata del estudio de la clasificación de las especies con arreglo a su historia evolutiva. Inicialmente su interés se centró en la observación de los distintos organismos, actividad que permitió una rápida acumulación de datos descriptivos, lo que a su vez llevó a mediados del siglo XVIII a la revolución de Carl von Linné, quien estableció normas precisas para nombrar y clasificar los seres vivos (para más información ver esta anotación). Por lo tanto, la sistemática se ocupa de la diversidad biológica tanto en un plano descriptivo como en el explicativo o interpretativo.

¿Y qué método se emplea para llevar a cabo esta clasificación? El campo que ahora nos interesa, el de la paleontología humana, vivió una revolución gracias a la cladística, un método de clasificación planteado por el entomólogo alemán Willi Henning en 1950 en su obra Grundzüge einer Theorie der phylogenetischen Systematik (Fundamentos de una teoría de la sistemática filogenética). Es un método de clasificación que solo utiliza líneas de descendencia en lugar de parecidos morfológicos para deducir parentescos evolutivos y que agrupa estrictamente a los organismos en función de su proximidad relativa a un antepasado común.

Expliquemos un poco mejor esta cuestión: lo que hace la cladística es agrupar a las especies en “clados”, que significa “un grupo, una rama del árbol filogenético” (o árbol evolutivo, los dos términos son prácticamente sinónimos). Para ello se utiliza como criterio de reconocimiento de pertenencia al grupo (o clado) la identificación de al menos un carácter apomorfo compartido por todos los miembros de ese grupo y heredado de su especie ancestral (una apomorfia es un carácter nuevo evolucionado a partir de otro preexistente. El carácter original y el derivado forman una pareja homóloga). Por tanto, la idea central es la llamada monofilia estricta, según la cual un grupo es monofilético si todos los organismos incluidos en él han evolucionado a partir de un antepasado común. De esta manera, un clado incluirá a un grupo de especies y a su antepasado común (el fundador del clado) a partir del cual se diversificaron ―al clado se le denomina también “grupo natural” (porque es un reflejo de la verdadera historia evolutiva) y “grupo monofilético” (porque tiene un solo origen).

Tipos de clados (wikimedia commons).

Para formar los clados a partir de las especies con las que se está trabajando, la cladística divide los caracteres en dos tipos. Unos son los caracteres primitivos, que se heredan de un antepasado anterior al nacimiento del clado y por eso se encuentran también en otros clados. Otros caracteres son los llamados derivados, que sólo se observan dentro del clado porque aparecieron con la especie fundadora del mismo. Son los caracteres derivados los únicos que cuentan en el análisis filogenético. Los caracteres “primitivos” se llaman en cladística “plesiomorfias”, y para los “derivados” se usa el término “apomorfia” como hemos indicado más arriba.

Para concluir con este apartado, decir que la cladogénesis hace referencia a la diversificación o multiplicación de linajes, de clados. Por ejemplo, la diversificación de los linajes que llevan al hombre, el chimpancé y el gorila, a partir de un linaje único que existía entre hace ocho y diez millones de años es un ejemplo de cladogénesis. Los ejemplos de cladogénesis son innumerables puesto que la evolución ha producido la extraordinaria diversidad del mundo viviente. Como términos sinónimos que podemos encontrarnos para referirse a la cladogénesis son “evolución divergente” y “evolución diversificadora”.

Con toda la información que hemos analizado sobre sistemática y clasificación, podemos comprender que la evolución de los seres vivos puede ser representada como un árbol, un árbol cuyas ramas se van dividiendo a medida que se alejan de la base del tronco. Esta base representa la especie ancestral común a todas las del árbol, y la ascensión hacia la copa representa el paso del tiempo. Sus ramas se corresponden a los linajes en evolución, algunos de los cuales eventualmente se extinguen, mientras otros llegan hasta el presente. Tales “árboles” se denominan “dendrogramas” (del griego dendron árbol), “árboles filogenéticos” o simplemente, “filogenias”:

 


Cladograma que representa la diversificación entre los gibones, orangutanes, gorilas, chimpancés y humanos.

Conclusiones

Espero que el concepto de evolución y los diferentes mecanismos por los que se produce se hayan entendido bien (en caso contrario, en los comentarios podemos incidir en los aspectos que sea necesario reforzar). Dicho esto, hay quienes sostienen que Darwin no estuvo muy acertado al elegir la palabra «selección», ya que este término parece indicar que existe en la naturaleza alguien que selecciona deliberadamente los organismos mejor adaptados. En realidad, como ya hemos explicado, los individuos «seleccionados» son sencillamente los que sobreviven después de que se hayan eliminado de la población los individuos peor adaptados o menos afortunados. Por eso se ha propuesto sustituir la palabra selección por la frase «eliminación no aleatoria». En definitiva, se usa la palabra «selección» para designar el conjunto de circunstancias responsables de la eliminación de algunos individuos.

Volvamos ahora a la imagen con la que iniciábamos esta anotación. Esta imagen es engañosa y contraproducente para comprender la evolución humana por dos motivos fundamentales. El primero guarda relación con la errónea idea de «dirección», de evolución hacia la complejidad y la «perfección» que nos transmite. Vemos una serie de pasos «evolutivos» que van desde el ser más pequeño y atrasado hacia el más erguido, musculoso y de tez clara que se representa al final. La idea que se quiere transmitir es obvia: el ser humano ha evolucionado de un animal pequeño y peludo para convertirse, con el paso del tiempo, en la cima de la naturaleza. Sin embargo, las cosas no han sucedido de forma tan aséptica; la evolución del hombre no ha sido una limpia carrera de relevos en la que, tras cinco cómodas etapas, ha surgido el ser humano moderno en la meta. Aunque lo explicaremos con más detalle en una anotación posterior, la evolución de nuestra especie se asemeja más a un arbusto que a un árbol. Los últimos avances en genética nos dicen que nuestro pasado evolutivo ha sido más intrincado, mucho más complejo de lo que nunca habíamos imaginado. Y algo muy importante, muchos de los linajes de nuestros antepasados se extinguieron sin más.

El segundo motivo por el que esta imagen no ha sido afortunada tiene que ver con la ya famosa frase «el hombre desciende del mono». El primer ser de la imagen tiene un parecido enorme con un chimpancé, y es un error muy común ―demasiado común― pensar que descendemos de ellos o de cualquier otro simio actual (gorilas u orangutanes).

Debemos tener claro que el hombre no desciende del chimpancé, ni del gorila, ni del mono aullador, ni del macaco japonés, sino de primates que hoy en día ya no existen. A la pregunta de si el hombre desciende del mono, la respuesta de un biólogo evolutivo sería un rotundo «no», el hombre no desciende del chimpancé (el término «mono» no es taxonómico y, en cualquier caso, nuestros antepasados son simios). Lo que sí está perfectamente documentado es que el hombre desciende de otras especies de homininos ya desaparecidos, y que éstos, a su vez, provienen de otros primates igualmente desaparecidos que dieron lugar a otras ramas evolutivas de las que descienden los chimpancés actuales. Tenemos que ser conscientes que también existen restos fósiles de los antepasados de chimpancés, gorilas, orangutanes etc.

 

Esta anotación participa en la XXIX Edición del Carnaval de Biología que organiza ::ZTFNews

 

Referencias

Devillers, C. y  Chaline, J. (1993), La teoría de la evolución. Madrid: Akal, 383 p.

Mayr, E. (1998), Así es la biología. Madrid: Debate, 326 p.

Ayala, F. J. (2001), La teoría de la evolución. Madrid: Temas de hoy, 215 p.

Arsuaga, J. L. (2001), El enigma de la esfinge. Barcelona: Círculo de Lectores, 470 p.

Gould, S. J. (2004), La estructura de la teoría de la evolución. Barcelona: Tusquets Editores, 1426 p.

(*) Arsuaga, J. L. (2012), El primer viaje de nuestra vida. Madrid: Temas de Hoy, 430 p.

Más información de interés

  • Anotación de César Tomé para el Cuaderno de Cultura Científica sobre la evolución.
  • El siguiente vídeo es, sencillamente, una genialidad:

 

Publicado por José Luis Moreno en ANTROPOLOGÍA, 4 comentarios
05
Mar
2014
IP: Investigador Principal

IP: Investigador Principal

     Última actualizacón: 1 agosto 2017 a las 14:16

Estamos acostumbrados a ver en distintos medios espectaculares imágenes del universo: galaxias, nebulosas, cúmulos estelares etc. que nos embargan de emoción. El hombre ha mirado al cielo desde que tuvo consciencia de sí mismo y de su lugar en la naturaleza, por lo que no es extraño que sintamos algo especial cuando nos paramos un momento a contemplar esas maravillas. Sin embargo, pocas veces nos detenemos a pensar en la forma en que se han obtenido esas imágenes, al menos a mí me ha pasado hasta ahora.

Hace unos días se presentó el documental que podemos ofrecer en esta ocasión “IP: Investigador Principal”, una verdadera joya escrita y dirigida por Natalia Ruiz Zelmanovich (@bynzelman), que nos acerca este aspecto de la ciencia instrumental aunque desde el punto de vista de las personas que logran que salga adelante, el equipo de ingenieros, científicos y personal técnico que dedican años de su vida a ese fin, un fin cuyo objetivo es obtener datos científicos de primera calidad con los que responder las cuestiones esenciales que aún escapan a nuestra comprensión.

En este caso se trata de la construcción del Gran Telescopio Canarias (conocido también como GTC o GRANTECAN), situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma. Se trata de un enorme proyecto liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias que incluye la participación de México con el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (IA-UNAM) y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica; así como de Estados Unidos a través de la Universidad de Florida.

Lo primero que me ha llamado la atención al conocer un poco mejor cómo se desarrolla la construcción de este tipo de instrumentos, es el trabajo titánico que se necesita para sacarlo adelante, no ya en la parte técnica ―algo que uno puede considerar “normal” dado que estamos hablando de la ciencia más puntera del momento―, sino en la parte burocrática y de financiación. Cualquier persona será consciente de que un proyecto de estas características, con un coste elevado, requiere del apoyo y financiación de organismos públicos, lo que quizás no pudiéramos imaginar es que para lograrlo hya que luchar tanto y se pongan tantas trabas. En este país no solo estamos dejando que grandes talentos, personas realmente dedicadas, se tengan que marchar fuera de nuestras fronteras (o peor aún, abandonar su profesión), sino que dejamos que se desangren lentamente proyectos de investigación punteros en el mundo por unos recortes incomprensibles ¿quién y cómo se toman este tipo de decisiones?

En segundo lugar, otro aspecto destacado y que quizás guarda mucha relación con el anterior, es el desgaste personal y emocional de quienes tienen la responsabilidad del proyecto. Me refiero a los Investigadores Principales, el factor humano como se destaca en el documental. La dedicación y la implicación personal que requieren este tipo de investigaciones es brutal, y es una situación difícil con la que tienen que convivir quienes han decidido dedicar su vida a la investigación de vanguardia. Merecen nuestro respeto, admiración y apoyo.

Sin más, les dejo con el documental. Disfruten

Enlaces de interés

  • En esta anotación en Hablando de Ciencia, la propia Natalia nos cuenta cómo se le ocurrió grabar este documental y otras anécdotas interesantes.
  • Entrevista a Natalia en Naukas donde habla de los problemas por los que ha pasado el proyecto del GTC.
  • Anotación IP: Investigador Principal en Scientia
  • Anotación Documental “IP: Investigador Principal” porque el factor humano es lo que importa por Francisco Villatoro
Publicado por José Luis Moreno en CIENCIA, 1 comentario