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La misteriosa fauna del Ediacárico

Durante mucho tiempo, se consideró que el origen de los metazoos (animales pluricelulares) tuvo lugar en el Cámbrico (541-484 MA atrás) tras el suceso evolutivo conocido como la Explosión Cámbrica. Sin embargo, algunos científicos como Darwin ya sospechaban que dicho origen debía ser mucho anterior.

¿Existían metazoos en el antiguo y poco conocido Precámbrico? Te invitamos a conocer la fauna del Ediacárico, un rompecabezas paleontológico y un eslabón clave en la evolución de los animales.

La misteriosa fauna del Ediacárico

Antes de empezar a hablar del Ediacárico y su misteriosa fauna, debemos aclarar un poco el contexto histórico geológico que lo delimita.

Se estima que la Tierra se formó hace, aproximadamente, 4600 MA. El lapso comprendido entre la formación de nuestro planeta y el momento histórico situado hace 542 MA recibe el nombre de supereón Precámbrico, la primera y más larga etapa de la historia terrestre, así como la menos estudiada y comprendida. Se estima que las primeras formas simples de vida aparecieron hace 3800-3500 MA, no muchos millones de años después del inicio del Precámbrico.

La finalización de dicho supereón dio paso al eón Fanerozoico, cuyo primer periodo geológico, el Cámbrico, ha sido tradicionalmente conocido por marcar el origen de los filos de metazoos (animales pluricelulares) que conocemos hoy en día. De hecho, todos los linajes animales ya estarían representados poco después del inicio de este período; es decir, tuvo lugar una diversificación de la vida, proceso conocido como radiación evolutiva, de gran magnitud y a escala global en un corto periodo de tiempo. Dicho acontecimiento fue bautizado con el nombre de Explosión Cámbrica.

Escala geológica: final del Precámbrico e inicio del Fanerozoico (concretamente, la era Paleozoica). Se marcan el Ediacárico y el Cámbrico. Fuente: The Geological Society of America.

La idea del Cámbrico como la cuna de la mayoría de filos animales se dedujo, como no podía ser de otra manera, del estudio de los registros fósiles y de su datación. Sin embargo, ¿es cierto que el origen de dichos filos tuvo lugar íntegramente en este periodo? Algunos científicos, incluido el mismísimo Darwin, sospechaban que los primeros linajes de metazoos podrían haber aparecido mucho antes.

Fósiles del Precámbrico

El Precámbrico fue una etapa convulsa en lo que a términos geológicos se refiere: movimientos tectónicos, vulcanismo… hacían difícil la preservación de cualquier resto biológico. Por otro lado, la sucesión de diversas glaciaciones globales durante este supereón (‘Snowball Earth’), la última de las cuales dentro de este supereón tuvo lugar hace aproximadamente 650 MA, lo pondría aún más difícil para el avance de la vida.

No es de extrañar, pues, que el Cámbrico, un período geológicamente y climáticamente más estable, fuera considerado el origen de los metazoos, pues las continuas transformaciones geológicas durante etapas previas hacían supuestamente imposible la preservación de elementos fósiles anteriores a la Explosión Cámbrica. Es decir, no había “pruebas”.

Sin embargo, algo ocurrió. A finales del siglo XIX, un científico escocés descubrió lo que más tarde sería considerado el primer fósil precámbrico descubierto: Aspidella terranovica, un fósil en forma de disco de afinidad incierta. Sin embargo, al haberse encontrado en estratos geológicos datados del precámbrico, se lo consideró un artefacto.

Restos fósiles de Aspidella (también conocido como Cyclomedusa, actualmente un sinónimo). Su forma recordaba a una medusa. Fuente: Verisimilus (CC 3.0) en Wikipedia.

A este descubrimiento le siguieron otros igualmente datados de épocas previas al Cámbrico (yacimientos en Namibia y Australia), pero la fuerte creencia de que los animales complejos tal y como los conocemos aparecieron en el Cámbrico o en tiempos posteriores eclipsaba el verdadero origen de estos fósiles. No fue hasta mediados del siglo XX y tras el descubrimiento de un segundo fósil icónico en Charnwood Forest (Inglaterra), Charnia masoni, que no se tomó en serio la idea de un origen precámbrico de los metazoos, siendo Charnia masoni el primer fósil precámbrico reconocido como tal. Así, Aspidella terranovica, Charnia y el resto de yacimientos fósiles precámbricos quedarían, finalmente, relacionados.

Holotipo de Charnia masoni. A pesar de su apariencia en forma de hoja de helecho, no se lo considera un organismo vegetal, pues su hallazgo tuvo lugar en yacimientos que habrían estado bajo el agua a mucha profundidad, por debajo de la zona fótica apta para un organismo fotosintético. Fuente: Smith609 (CC 2.5) en Wikipedia.

El periodo Ediacárico

Poco a poco, se han ido encontrando restos fósiles precámbricos en casi todo el planeta. La mayoría de éstos se sitúan en estratos datados de hace 575-541 MA, marcando el fin del Precámbrico y el inicio del Fanerozoico.

Actualmente, se conocen unas 40 localidades con restos de la fauna de este periodo. Destacan especialmente cuatro de ellas por la magnitud del yacimiento y el buen estado de conservación de los restos fósiles:

  • Sureste de Newfoundland (Canadá)
  • La Sierra de Flinders (Sur de Australia)
  • La región del Mar Blanco (Rusia)
  • Namibia

En 1960, se propuso el término “Ediacárico para referirse al periodo geológico del que databan estos fósiles en honor a las colinas Ediacara (Ediacara Hills) en la Sierra de Flinders (Australia), donde se encuentra uno de los yacimientos más importantes de este tipo de fósiles. Este nombre compitió con algunos otros hasta que, en 2004, la Unión Internacional de Ciencias Geológicas formalizó finalmente el Ediacárico como el periodo que se inició hace 635 MA (tras la glaciación Marinoana) y que finalizó hace 542 MA (con la aparición del primer icnofósil complejo ampliamente extendido).

Fauna del Ediacárico

Tras aceptar que, posiblemente, el origen de los metazoos tuvo lugar en una hipotética explosión de diversidad tras las últimas grandes glaciaciones y previamente al Cámbrico (explosión de Avalon), surgieron muchas dudas:

¿Cómo era esta fauna?

La mayoría de fósiles de la llamada fauna del Ediacárico se asocian a organismos macroscópicos, de morfología diversa (con formas radiales o circulares en su mayoría) y de cuerpo blando, sin estructuras endurecidas que pudieran preservarse con el paso del tiempo. Esto se deduce por la forma y tipología de los fósiles, pues la mayoría son rastros y marcas que, se cree, dejaron estos organismos a su paso.

Resto fósil de Tribrachidium. En realidad, se trata de una impresión en negativo, es decir, el resto que dejó el organismo tras desaparecer del sustrato. Se especula que podría haber sido un organismo con simetría triradial similar a un lofoforado actual. Fuente: Aleksey Nagovitsyn (CC 3.0) en Wikipedia.

Además, se considera que la mayoría eran sésiles, probablemente acuáticos, con estructuras plumosas y, posiblemente, filtradores. Aun así, algunos investigadores consideran que algunos de ellos, aunque pocos, podrían haber sido de vida libre e, incluso, bilaterales (es decir, con un eje anteroposterior definido dividiendo el cuerpo en dos mitades simétricas), uno de los planos corporales con más éxito tras la Explosión Cámbrica.

Resto fósil de Dickinsonia costata. Su forma sugiere que tendría simetria bilateral (con un extremo que sería la “cabeza” y otro, el “ano”), y se asoció durante mucho tiempo a algún tipo de gusano plano, algunos de los cuales podían llegar a medir 1 metro. En el 2018, se identificaron moléculas de colesterol que confirmaron que se trataba de un animal. Fuente: Verisimilus (CC 3.0) en Wikipedia.

¿Con qué grupos actuales se relacionan?

Lo cierto es que no se sabe con exactitud. La mayoría presentan formas que recuerdan a grupos basales de metazoos (como esponjas o cnidarios) y algunos pocos, a anélidos y artrópodos. Sin embargo, estas asociaciones son artificiales, ya que actualmente se desconocen las relaciones filogenéticas (es decir, de parentesco) de los fósiles de esta época con los animales actuales. Algunos fósiles, incluso, no se pueden relacionar con nada que conozcamos, por lo que se consideran parte de linajes extintos antes incluso del Cámbrico.

Sin embargo, no todo está perdido. Las similitudes entre algunos fósiles del Ediacárico y los metazoos actuales nos dan ideas de cómo podrían haber evolucionado los animales y cuál fue realmente su origen.

¿Por qué no se encuentran fósiles de esta fauna más allá del Ediacárico?

En realidad, sí se encuentran. Estudios posteriores al descubrimiento de los mayores yacimientos de fósiles ediacáricos rebelaron que algunos organismos de la fauna asociada a este periodo se encontraban en estratos del Cámbrico junto con fósiles de organismos resultantes de la Explosión Cámbrica, por lo que cabría la posibilidad que hubieran dado lugar a algunos grupos de animales actuales. Sin embargo, sí que se encontraban en una menor cantidad y muchas formas ya habían desaparecido para entonces.

Existen muchas hipótesis sobre el porqué la mayoría de la fauna ediacárica no habría sobrevivido más allá del Cámbrico, por ejemplo:

  • Cambios en los niveles de oxígeno atmosférico.
  • Competencia con la fauna cámbrica, mejor adaptada o con formas corporales de mayor éxito.
  • Cambios en el nivel del mar.

¿Son realmente estos organismos el origen de los metazoos?

Aunque esta ha sido la creencia durante muchos años tras su descubrimiento, lo cierto es que se han descubierto otros metazoos más antiguos.

Si recordáis, la mayoría de fósiles del Ediacárico se asocian a un periodo comprendido hace 575-541 MA, con algunas incursiones en el Cámbrico. Pues bien, se han encontrado evidencias de esponjas (poríferos) datados de hace más de 600 MA. El último descubrimiento fue el de la esponja Otavia antiqua en el año 2012 en Namibia, datada de hace 760 MA; es decir, anterior a las grandes glaciaciones del Precámbrico.

Imagen del fósil animal más antiguo conocido: Otavia antiqua. Fuente: National Geographic.

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¿Creéis que aún nos queda por descubrir un fósil de metazoo aún más antiguo? Si conocéis más información al respecto, podéis dejarla en los comentarios.

Imagen de portada de Ryan Somma, del Smithsonian National Museum of Natural History (CC 2.0).

Anuncis

El color de la sangre: más allá del rojo

Hay personas que recuerdan con gran impacto la primera vez que vieron su propia sangre. Incluso de adultas y en condiciones controladas (por ejemplo, durante una extracción en un centro médico) la visión del fluido rojo no siempre les resulta agradable. A veces de un rojo más intenso, a veces más oscuro, pero siempre rojo… ¿o no? ¿Sabes si existen animales con sangre azul, verde o quizá… amarilla? Sigue leyendo para descubrirlo.

EL COLOR DE LA SANGRE: MÁS ALLÁ DEL ROJO

Estamos habituados a que el color de la sangre sea rojo, ya que es el color de la nuestra y el de muchos vertebrados, como todos los mamíferos. El color de la sangre es debido a los pigmentos respiratorios, los encargados de transportar el oxígeno a las células  de todo el cuerpo y el dióxido de carbono a los pulmones. Como recordarás, el pigmento respiratorio humano es la hemoglobina, que se encuentra en los glóbulos rojos o eritrocitos.

Pero otros animales tienen pigmentos respiratorios distintos a la hemoglobina, que dotan a su sangre de colores tan variados como el verde, azul, amarillo e incluso morado.

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Glóbulos rojos humanos (eritrocitos o hematíes) vistos bajo el microscopio electrónico. Imagen: John Kalekos

SANGRE DE COLOR ROJO

Como se ha comentado,  el pigmento respiratorio de los mamíferos y muchos otros vertebrados es la hemoglobina, una proteína.  En su estructura molecular, la hemoglobina está formada por 4 subunidades (llamadas globinas) unidas a un grupo hemo. El grupo hemo presenta un átomo central de hierro (en forma de hierro II) que es el responsable final del color rojo.

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Representación de la estructura de la hemoglobina. Se observan las globinas unidas a su grupo hemo correspondiente, y una ampliación del grupo hemo con el átomo de hierro (II) en su centro. Imagen: Buzzle

La tonalidad del rojo puede sufrir variaciones, según como de oxigenada esté la hemoglobina. Cuando está unida al oxígeno (O2), se denomina oxihemoglobina y su color es de un rojo claro intenso (sangre arterial). Por contra, la desoxihemoglobina es el nombre que recibe la hemoglobina reducida, es decir, cuando ha perdido el oxígeno y presenta una color más oscuro (sangre venosa). Si la hemoglobina está más oxigenada de lo normal se denomina metahemoglobina y tiene una tonalidad rojo-marrón. Esto es debido a la ingesta de algunos medicamentos o a una enfermedad congénita (metahemoglobinemia).

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Diferencia de tonalidad entre la sangre venosa (jeringas superiores) y sangre arterial (jeringas inferiores). Foto: Wesalius

Como se ha visto, la sangre desoxigenada no es azul, sino que esta tonalidad que observamos en nuestras venas es debido a un efecto óptico resultado de la interacción entre la sangre y el tejido que recubre las venas.

SANGRE DE COLOR AZUL

Algunos animales, por contra, sí que tienen la sangre azul. Es el caso de crustáceos decápodos, algunas arañas y escorpiones, xifosuros, cefalópodos y otros moluscos. Al tratarse de invertebrados, debemos precisar que en lugar de sangre su líquido interno se llama hemolinfa, pero en este artículo no distinguiremos sangre de hemolinfa para su mejor comprensión.

cangrejo herradura sangre azul xfosuro
Vista ventral de un xifosuro herido, en la que se puede observar su sangre azul. Foto: Dan Century

El pigmento responsable del color azul de la sangre en estos animales es la hemocianina. Su estructura es bastante distinta a la de la hemoglobina, y en lugar de hierro, en su centro tiene un átomo de cobre I. Cuando la hemocianina está oxigenada, es azul, pero cuando está desoxigenada es incolora.

molécula hemocianina
Estructura química de la hemocianina oxigenada. Imagen: Chemthulhu

SANGRE DE COLOR VERDE

Existen algunos animales con la sangre de color verde, como algunos gusanos anillados, algunas sanguijuelas y algunos gusanos marinos. Su pigmento respiratorio, llamado clorocruorina, les confiere a su sangre un color verdoso claro cuando está desoxigenada, y un poco más oscuro cuando está oxigenada. Estructuralmente es muy parecida a la hemoglobina, ya que también posee un átomo de hierro en su centro. A diferencia de ella, no se encuentra en ninguna célula, sino que flota en el plasma sanguíneo.

molécula clorocruorina
Estructura química de la clorocruorina. Imagen de dominio público

 

sangre color verde
Tubo que contiene sangre verde de un lagarto de Nueva Guinea. Foto: Christopher Austin

En el caso de vertebrados con la sangre verde (como ciertos lagartos de Nueva Guinea), el color se debe a la biliverdina, que resulta de la degradación de la hemoglobina. La biliverdina es tóxica, pero estos lagartos son capaces de soportar altos niveles en su cuerpo. En el resto de vertebrados, si los niveles de biliverdina son elevados porque el hígado no la puede degradar a bilirrubina, provocan ictericia, enfermedad que dota de un color amarillento a la piel y córneas de los ojos. Pero en especies de lagartos como  Prasinohaema prehensicauda, la elevada presencia de biliverdina podría protegerlos contra la malaria, según algunos estudios.

lagarto nueva guinea sangre verde
Especie de lagarto de Nueva Guinea con sangre verde. Foto: Christopher Austin

SANGRE DE COLOR AMARILLO

Los tunicados (ascidias fijas) son un tipo de animales con la sangre de color amarillo/amarillo verdoso. El pigmento responsable de este color es la hemovanabina,  una proteína que contiene vanadio, aunque no transporta oxígeno, por lo que su función sigue siendo desconocida. Del mismo modo, el color amarillento, amarillo verdoso e incluso naranja de la sangre (hemolinfa)  de algunos insectos tampoco se debe a la presencia de un pigmento respiratorio, sino a otras sustancias disueltas que no transportan oxígeno.

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Tunicado (Didemnum molle) en Sulawesi, Indonesia. Foto: Bernard Dupont

SANGRE DE COLOR VIOLETA

Algunos invertebrados marinos tienen la sangre (hemolinfa) violeta, como los priapúlidos, sipuncúlidos, braquiópodos y algunos anélidos.

priapulida hemeritrina
Priapulus caudatus, un priapúlido. Foto: Shunkina Ksenia

El pigmento respiratorio responsable es la hemeritrina, que se vuelve violeta-rosácea cuando está oxigenada. En su forma desoxigenada es incolora. Igual que el resto de pigmentos respiratorios que hemos visto, la hemeritrina es menos eficiente que la hemoglobina para transportar oxígeno.

hemeritrina color sangre violeta
Estructura química de la hemeritrina en su forma oxígenada. Igual que la hemoglobina, el elemento central es el hierro II.

SANGRE TRANSPARENTE

Finalmente, existe una familia de peces llamados dracos o peces de hielo cuya sangre es transparente. En realidad, se trata de los únicos vertebrados que han perdido la hemoglobina. Del mismo modo, los eritrocitos son generalmente ausentes o disfuncionales. Esta extraña anatomía es debido a que viven en aguas muy oxigenadas y su metabolismo es muy lento. Para que el oxígeno llegue a todas las células, se disuelve en el plasma sanguíneo, que lo reparte por todo el cuerpo.

pez de hielo draco sangre color transparente
Pez de hielo (Chionodraco hamatus). Foto: Marrabbio2

CONCLUSIÓN

Para concluir, hemos visto que en los animales que requieren un pigmento respiratorio para hacer llegar el oxígeno a todos los tejidos, el color de sangre (o hemolinfa) dependerá del tipo de pigmento que esté presente. Por contra, otros animales que no precisan pigmentos respiratorios, tienen la sangre transparente o su coloración es debida a otras sustancias disueltas que no tienen que ver con la respiración.

infografía colores de la sangre
Infografía-resumen (en inglés) de la química de los principales pigmentos respiratorios sanguíneos o hemolinfáticos (clic para ampliar). Imagen: compound interest

 

Foto de portada: John Kalekos

La importancia de las colecciones biológicas

Las colecciones biológicas son una pieza clave en el estudio de la biodiversidad de nuestro planeta y una fuente casi inagotable de información científica. En las redes sociales, muchas son las voces partidarias de la eliminación de las colecciones biológicas “clásicas” por ser consideradas herramientas obsoletas y causa directa de la extinción de especies. 

Te explicamos por qué esta afirmación es incorrecta, qué tipos de colecciones existen y cuáles son sus principales funciones.

La importancia de las colecciones biológicas

Es natural que al oír hablar de “colecciones biológicas” lo primero que os venga a la mente a muchos de vosotros sean las típicas cajas de animales y plantas fijados y pinchados a manos de fanáticos del coleccionismo de especies. Sí, es cierto que existen este tipo de colecciones. Pero, y sin querer demonizarlas (pues muchas pueden llegar a ser muy útiles para la ciencia), no son el tipo de colecciones a las que nos referimos y, ni mucho menos, las únicas que existen.

Las colecciones biológicas son repositorios sistematizados (bien identificados, clasificados y ordenados) de algún tipo de material biológico. La mayoría de estos repositorios se encuentran depositados en museos de ciencia, pero también en universidades, centros de investigación e, incluso, total o parcialmente en colecciones privadas.

Colección Biológica de Referencia del ICM (Instituto de Ciencias del Mar) del CSIC, en Barcelona. Imagen de Alícia Duró en la web del ICM.
Parte de la colección biológica de la Australian National Insect Collection. Imagen de la Australian National Insect Collection.

Tipos de colecciones

Si bien el concepto de colección biológica es bastante reciente, el almacenamiento y clasificación de material biológico se remonta varios siglos atrás con las primeras recolectas de plantas y animales a manos de zoólogos y botánicos.

Actualmente, el concepto de colección biológica es mucho más amplio:

  • Colecciones criogénicas

Material biológico vivo almacenado a bajas temperaturas bajo la suposición de que éste conservará su viabilidad y funcionalidad a largo plazo tras ser descongelado. Las colecciones criogénicas suelen emplearse para almacenar células, tejidos y material genético. Aunque la ciencia ficción nos ha dado muchas ideas, la criogenización raras veces se usa para almacenar organismos multicelulares completos.

  • Colecciones “clásicas”

Formadas, a grandes rasgos, por las colecciones de muestras zoológicas (animales enteros o sus partes) y los herbarios (plantas), entre otros. Algunas de estas colecciones ya han superado los 200 años de antigüedad, por lo que se las considera el tipo más antiguo de colecciones y uno de los más importantes.

Colección de cinípidos o avispas de las agallas inquilinos. Fuente: Irene Lobato Vila.

La mayoría se encuentra depositada en museos o centros de investigación y, salvo raras excepciones, al alcance de la comunidad científica para su consulta y estudio. Muchos colectores privados colaboran con estas entidades cediendo sus especímenes, algo bastante habitual entre los coleccionistas de insectos.

Armarios del National Museum of Natural History de Washington D.C., Smithsonian Institution, donde se encuentran depositados miles de ejemplares fijados de insectos. Fuente: Irene Lobato Vila.

No está de más aclarar que la cesión de colecciones está sujeta a una minuciosa revisión y a un contrato entre las partes, por lo que no deberían aceptarse especímenes obtenidos intencionadamente por el colector de la caza furtiva o el tráfico ilegal de especies.

  • Bases de datos en línea

Repositorios de información biológica en Internet. Este tipo de “colecciones” ha cobrado mucha importancia en los últimos años al permitir compartir información biológica de interés para la ciencia y la tecnología de forma inmediata en todo el mundo. Las más consultadas son las bases de datos moleculares (proteínas, ADN, ARN, etc.) para la elaboración de filogenias y los famosos “árboles de la vida”, como, por ejemplo:

Otras webs muy consultadas son las bases de datos online de las colecciones depositadas en museos, también de suma importancia (si no, recordad el reciente caso del incendio del Museo Nacional de Brasil…), y las webs de participación ciudadana en las que tanto expertos como aficionados aportan datos de sus observaciones, como Biodiversidad Virtual.

Las colecciones biológicas también pueden clasificarse en base a su función: colecciones científicas (investigación), colecciones comerciales (cultivos celulares para medicina, farmacia, etc.) y colecciones de “estado” (las que se crean y mantienen por el bien del estado, como los jardines botánicos, con el fin de conservar la biodiversidad de una región y promover su estudio y divulgación).

El concepto de colección biológica también engloba los biobancos, o colecciones de muestras biológicas de origen exclusivamente humano usadas en estudios biomédicos. Sin embargo, no entraremos en más detalle.

¿Por qué son tan necesarias las colecciones biológicas clásicas?

Más allá de supuestamente calmar las ansias de coleccionismo que algunos atribuyen a los científicos y que dañan seriamente su imagen, las colecciones biológicas, y especialmente las colecciones “clásicas”, son esenciales para la conservación de la biodiversidad. Y no, no causan la extinción de especies: el número de organismos recolectados es irrisorio comparado con las pérdidas causadas por la contaminación o la destrucción del hábitat y las capturas se realizan cumpliendo una serie de normativas, siempre respetando las poblaciones y sus hábitats.

Aunque es cierto que las fotografías y las webs de biodiversidad son una herramienta útil para el estudio de las especies de nuestro planeta, desgraciadamente no dejan de ser un complemento de las colecciones físicas clásicas.

Así pues, ¿por qué son tan importantes estas colecciones?

  • Son una fuente muy valiosa de material genético que puede ser extraído de las muestras o especímenes almacenados y usarse en estudios moleculares. Gracias a estos estudios, podemos comprender un poco mejor los orígenes y las relaciones entre los seres vivos (filogenia), conocer su diversidad genética y los mecanismos de especiación, o perfeccionar estrategias para conservarlos. Por ejemplo, en los planes de reintroducción de especies se deben estudiar las poblaciones genéticas para asegurar que los organismos reintroducidos puedan estabilizarse y establecer poblaciones viables en el tiempo.
  • Son un referente perpetuo para futuros científicos. Uno de los pilares básicos de las colecciones zoológicas y botánicas son los especímenes tipo o series típicas: aquellos organismos que el descubridor de una especie usó para describirla. Los especímenes tipo deben estar cuidadosamente almacenados y etiquetados, pues son los más valiosos dentro de las colecciones. Éstos deben poder ser consultados por la comunidad científica y usados como referente para la descripción de nuevas especies o para estudios comparativos, pues no siempre las descripciones son suficientes.
Insecto paratipo (especímen de la serie típica) debidamente etiquetado depositado en el National Museum of Natural History de Washington D.C., Smithsonian Institution. Fuente: Irene Lobato Vila.
  • En relación al punto anterior, las colecciones clásicas permiten estudiar la morfología (externa e interna) y la variabilidad dentro de y entre especies, cosa que muchas veces resulta imposible mediante fotografías.
  • Contienen organismos de diferentes épocas y hábitats. Esto incluye especies extintas (tanto desde hace mucho tiempo como recientemente debido a la actividad humana) o representantes de ecosistemas actualmente en peligro. Ante la actual destrucción de hábitats, no tendríamos acceso a numerosas especies ni a la información genética y bioquímica que tanto éstas como sus ecosistemas contienen si parte de ellas no estuviera depositada en colecciones biológicas. Esta información es esencial para investigar cómo frenar o mitigar los efectos negativos sobre especies aún existentes.
  • Nos dan información pasada y presente sobre la distribución geográfica de los organismos, pues cada uno se almacena junto con datos de localidad y biología. Esta información es esencial no sólo para estudios de ecología y evolución, sino también para la gestión de recursos, los planes de conservación y los estudios sobre el cambio climático.
  • Son una herramienta de divulgación muy potente, pues se experimenta directamente con las muestras. Las fotografías o los libros son importantes, pero insuficientes si no se complementan con observaciones directas. Tanto las visitas a museos como las salidas al campo son básicas para una educación ambiental completa.
A final de curso, miles de alumnos de todas las edades visitan las instalaciones y colecciones del National Museum of Natural History en Washington D.C. Algunos, incluso, podrán acceder a las colecciones científicas. Fuente: Irene Lobato Vila.

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Si pensabais que las colecciones eran innecesarias, ¿seguís pensándolo tras leer este artículo? ¡Podéis dejar vuestros comentarios!

Así estamos dejando el planeta: Informe Planeta Vivo 2018 (WWF)

A pesar de que la naturaleza nos proporciona todo lo que nuestra sociedad moderna necesita, nuestra relación con ella es más bien destructiva. Todo el impacto que nuestra sociedad ha infligido sobre la Tierra ha conducido a una nueva era geológica, que los expertos han bautizado como Antropoceno. El Informe Planeta Vivo nos muestra cómo estamos dejando el planeta. ¡No te lo pierdas!

ASÍ ESTAMOS DEJANDO EL PLANETA: INFORME PLANETA VIVO 2018 (WWF)

Ésta no es la primera vez que hacemos un resumen del Informe Planeta Vivo, realizado por la WWF y que, con esta última edición, cumple los 20 años y cuenta con la participación de más de 50 expertos. Informes anteriores recalcaban el notable deterioro de los sistemas naturales de la Tierra: tanto la naturaleza como la biodiversidad están desapareciendo a un ritmo alarmante. Además, se calcula que a escala mundial la naturaleza provee servicios valorados en unos 110 billones de euros anuales.

¿QUÉ ESTÁ AMENAZANDO LA BIODIVERSIDAD?

Según un estudio reciente, las principales amenazas para la biodiversidad son dos: la sobreexplotación y la agricultura. De hecho, 3 de cada 4 especies de plantas, anfibios, reptiles, aves y mamíferos extinguidas desde el año 1500 desaparecieron debido a estos dos motivos. Ésto es debido al gran crecimiento del consumo a nivel mundial, que explica que la huella ecológica haya aumentado un 190% en los últimos 50 años.

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La sobreexplotación y la agricultura son las principales amenazas de la biodiversidad (Foto: Ininsa, Creative Commons).

La demanda de productos derivados de los ecosistemas, vinculado a su menor capacidad de reponerlos, explica que sólo el 25% de la superficie terrestre esté completamente libre de impactos de actividades humanas. Se prevé que esta fracción sea sólo un 10% en 2050.

La degradación del suelo incluye la pérdida de bosque, siendo mayor la tasa de deforestación en los bosques tropicales, que albergan los niveles más altos de biodiversidad. La degradación del suelo tiene impactos diversos sobre las especies, la calidad de los hábitats y el funcionamiento de los ecosistemas:

  • Pérdida de biodiversidad.
  • Alteración de hábitats.
  • Alteración de las funciones biológicas de la biodiversidad.
  • Alteración de los hábitats y sus funciones.
  • Alteración de la riqueza y abundancia de las especies.

Las especies invasoras también son una amenaza común, la dispersión de las cuales se asocia al comercio. La contaminación, las presas, los incendios y la minería son presiones adicionales, además del papel cada vez mayor del cambio global.

ÍNDICE PLANETA VIVO 2018

El Índice Planeta Vivo (IPV) es un indicador del estado de la biodiversidad global y de la salud del planeta. Se establece calculando la abundancia promedio de unas 22.000 poblaciones de más de 4.000 especies distintas de peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos de todo el mundo.

El IPV global muestra que el tamaño de las poblaciones de vertebrados han disminuido un 60% en poco más de 40 años (entre 1970 y 2014).

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Las poblaciones de vertebrados se han reducido un 60% en poco más de 40 años (Foto: Marc Arenas Camps ©).

Si distribuimos las especies analizadas por reinos biogeográficos, como muestra la imagen inferior, podemos observar diferencias en el IPV. Las disminuciones de las poblaciones más pronunciadas se producen en los trópicos. El reino Neotropical ha sufrido la disminución más drástica: el 89% de pérdida respeto el año 1970. Por otro lado, en las Neárticas y Paleárticas las reducciones han sido muy inferiores: el 23 y 31% respectivamente. Los otros dos reinos presentan disminuciones intermedias, aunque importantes: en el África tropical es del 56% y en el Indo-Pacífico del 64%. En todos los reinos, la principal amenaza es la degradación y pérdida de hábitats, pero se observan variaciones.

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Reinos biogeográficos del IPV (Imagen: Modificada de WWF).

A diferencia de los últimos informes, en los que se separaba el índice según si las poblaciones eran terrestres, marinas o de agua dulce, en esta edición sólo se ha calculado el IPV de agua dulce. Son éstos los ecosistemas más amenazados ya que se ven afectados por la modificación, fragmentación y destrucción de los hábitats; las especies invasoras; la pesca excesiva; la contaminación; las prácticas forestales; las enfermedades y el cambio climático. Analizando 3.358 poblaciones de 880 especies distintas se ha calculado que el IPV de agua dulce presenta una disminución del 83% desde 1970, viéndose especialmente afectadas aquellas especies de los reinos neotropical (94% de disminución), el Indo-Pacífico (82%) y el África tropical (75%).

APUNTAR MÁS ALTO: REVERTIR LA CURVA DE PÉRDIDA DE BIODIVERSIDAD

A pesar de los acuerdos políticos para la conservación y uso sostenible de la biodiversidad (Convenio de Diversidad Biológica, COP6, Metas de Aichi…), las tendencias mundiales de biodiversidad continúan disminuyendo.

Según se indica en el Informe Planeta Vivo, “entre hoy y finales de 2020 se presenta una ventana de oportunidad sin igual para dar forma a una visión positiva para la naturaleza y las personas”. Esto se debe a que el Convenio de Diversidad Biológica está en proceso de establecer nuevas metas y objetivos para el futuro, sumando los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Para el caso de los ODS, estos hacen referencia a:

  • ODS 14: Conservar y utilizar en forma sostenible los océanos, los mares y los recursos marinos para el desarrollo sostenible.
  • ODS 15: Efectuar una ordenación sostenible de los bosques, luchar contra la desertificación, detener y revertir la degradación de las tierras y poner freno a la pérdida de diversidad biológica.

A partir de 2020, los autores consideran que lo que hace falta son metas atrevidas y bien definidas y un conjunto de acciones creíbles para restaurar la abundancia de la naturaleza hasta el 2050. Para conseguirlo, los autores recomiendan seguir tres pasos:

  1. Especificar claramente el objetivo de recuperación de la biodiversidad.
  2. Desarrollar un conjunto de indicadores de progreso medibles y relevantes.
  3. Acordar un paquete de acciones que en conjunto logren alcanzar el objetivoo en el marco de tiempo requerido.

CONCLUSIÓN

Viendo los datos del Informe Planeta Vivo 2018, es evidente que la naturaleza está en retroceso: hemos perdido el 60% de las poblaciones de vertebrados del planeta, a pesar de las diferencias entre las diferentes áreas. Además, las políticas ambientales no son suficientes para frenar esta tendencia. Así pues, hacen falta políticas más ambiciosas para frenar y recuperar la naturaleza del planeta en el que vivimos. Tenemos la obligación de vivir con la naturaleza, no contra la naturaleza. De no tener unos hábitos más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente, los beneficios que ésta nos aporta van a perderse y afectará nuestra propia supervivencia.

Puedes leer el informe completo en WWF.

Los viajes de Jane Goodall: conferencias y descubrimientos

Jane Goodall, una de las científicas más importantes de la historia y de la actualidad, visitó el pasado diciembre las ciudades de Madrid y Barcelona para contar su historia y transmitir su mensaje de esperanza y cuidado del medio ambiente. All You Need Is Biology estuvo presente en su conferencia de Barcelona para traeros sus palabras y contribuir en la dispersión de su mensaje.

LOS VIAJES DE JANE GOODALL: CONFERENCIAS Y DESCUBRIMIENTOS

A sus 84 años, Jane Goodall viaja durante 300 días al año para dar a conocer su trabajo y concienciar a la población sobre el medioambiente. En sus conferencias  repasa su biografía, sus descubrimientos y dispersa su mensaje sobre la sostenibilidad y conservación de la naturaleza.

BREVÍSIMA BIOGRAFÍA DE JANE GOODALL

A estas alturas Jane Goodall no necesita presentación. Es Doctora en Etología por la Universidad de Cambridge y Doctora honoris causa por más de 45 universidades de todo el mundo. Además ha recibido más de 100 premios internacionales y títulos, entre ellos el de Dama del Imperio Británico y el de Mensajera de la Paz por las Naciones Unidas.

Jane Goodall en la actualidad. Foto: Michelle Valberg

Los estudios científicos sobre los chimpancés de Gombe (Tanzania) que inició en 1960, continúan a manos de sus discípulos más de 58 años después. Sus investigaciones revolucionaron la manera en la que se veían en ese momento los animales en general y el ser humano en particular. De hecho, la oportunidad de cumplir su sueño de viajar a África, además de su madre y el esfuerzo propio de Jane,  fue posible gracias Louis Leakey, reconocido paleoantropólogo. Louis quería estudiar los chimpancés en busca del algún comportamiento en común entre ellos y los humanos actuales, lo cual significaría que ese comportamiento también debería tenerlo nuestro antepasado común. Uso de herramientas, canibalismo, altruismo, guerras entre grupos, personalidad, emociones, son solo algunos de los ejemplos de lo que Jane descubrió observando los chimpancés en su hábitat natural.

Chimpancé comiendo carne. Foto: Cristina M. Gomes, Max Planck Institute.

Para dar a conocer su trabajo, Jane ha escrito 26 libros, varios artículos científicos y ha participado en 20 producciones de cine y televisión. Entre ellos destacamos El viaje de Jane (2012) y Jane (2018), disponibles en plataformas como Filmin o Netflix.

 

LAS CONFERENCIAS DE JANE GOODALL

Aunque sus conferencias suelen ser similares cada vez que All You Need Is Biology ha tenido la ocasión de verla, siempre es un placer escuchar su voz pausada pero enérgica difundiendo su mensaje de esperanza en el futuro. En su relato, lanza frases de gran valor que promueven las vocaciones científicas y la importancia de la educación. Hemos dividido su conferencia en tres partes.

PRIMERA PARTE: DE LA JANE NIÑA A LA JANE EN ÁFRICA

Jane empieza su discurso explicando su curiosidad científica y como aprendió multitud de cosas observando los animales que había en casa (sobretodo su perro). Una madre que no reprende a una niña por esconder gusanos debajo de su almohada o estar desaparecida durante horas escondida en el gallinero para descubrir de donde salen los huevos, es sin duda digna de mención: Jane siempre recalca que sin la comprensión de su madre, la pequeña científica que habitaba en Jane hubiera sido machacada. Y es que los niños son científicos de manera innata: tienen curiosidad, se hacen preguntas, se equivocan, observan, quieren aprender.

Jane Goodall cosmocaixa conferencia conference
Jane Goodall en un momento de su conferencia en Barcelona, 2018. Foto: Mireia Querol

Alimentando la pasión de Jane, su madre le regalaba libros sobre animales y naturaleza. “Tarzán” fue clave y con 10 años decidió que iría a África (aunque al final Tarzán se casara con La Jane equivocada, -bromea-). Un sueño complicado, teniendo en cuenta su condición de mujer joven sin estudios científicos y una familia con pocos ingresos económicos. Jane nos regala el consejo que le regaló su madre en su día: aprovechad cualquier pequeña ventaja, siempre os puede servir de utilidad en el futuro. Tras saltar de un trabajo a otro, sus estudios de secretariado le abrieron las puertas para trabajar con Leakey y cumplir su sueño de ir a África  a trabajar con animales.

JANE EN ÁFRICA

Como el gobierno británico no se responsabilizaba de una mujer sola en la selva, la madre de Jane vuelve a apoyarla y se establece en el campamento con ella. Tras semanas de observaciones y muchas frustraciones, Jane hace descubrimientos importantes y para poder publicarlos, obtiene el doctorado sin haber cursado un graduado previo. En la universidad, le dicen que todo lo que ha hecho es incorrecto: había puesto nombres a los individuos en lugar de asignarles un número, hablaba de emociones de los chimpancés cuando toda la comunidad científica decía que las emociones eran exclusivas del ser humano… hasta ese momento. Jane sin duda revolucionó la visión que se tenía de los animales y humanos y estableció un método de observación propio.

Jane Goodall vocaliza junto a un chimpancé en 1996. Foto: desconocido

SEGUNDA PARTE: JANE POR EL MUNDO

En 1986 Jane tuvo que preparar una conferencia en la que habló de la destrucción de la selva, las enfermedades que sufren los chimpancés, como les afectan las guerras humanas… Jane sabía desde hacía tiempo que cada especie tiene un rol que jugar en la red de la biodiversidad y que había que conservarlas, pero también se dio cuenta que mientras las personas estuvieran sufriendo guerra, pobreza y no tuvieran acceso a la educación, poco podrían hacer por conservar la naturaleza. Había nacido la Jane activista, la que crearía el Instituto Jane Goodall, que cuenta con 4 programas principales:

  • Rescate y rehabilitación de chimpancés en el Congo. Las principales amenzas a las que se enfrentan los chimpancés son la deforestación, venta de crías como mascotas -y el consecuente asesinato de la madre y otros integrantes del grupo-  y caza para la alimentación humana (lo que se conoce como “carne de selva” o bushmeat.
  • Investigación, conservación, educación y desarrollo sostenible en Senegal y Guinea.
  • Movilízate por la selva. Reciclaje de móviles para disminuir la demanda de minerales como el coltán o casiterita, responsable de 6 millones de muertes y otras consecuencias humanas y medioambientales.
  • Raíces y brotes. Programa educativo para centros escolares de todo el mundo en el que los jóvenes realizan proyectos para el respeto de todos los seres vivos, culturas y medio ambiente. Si eres maestro o maestra quizá te interese implantarlo en tu escuela.

    Roots and Shoots raíces y brotes
    Jane con alumnado de un programa Raíces y Brotes (Roots and Shoots). Foto: Instituto Jane Goodall

TERCERA PARTE: EL MENSAJE DE ESPERANZA

Jane opina que ha habido una desconexión entre el corazón y el cerebro humano, lo que nos lleva a destruir el único planeta que tenemos para vivir. Hemos perdido la conexión con la naturaleza y hemos pensado que hemos heredado el mundo de nuestros padres, cuando en realidad, se lo estamos robando a nuestros hijos y al resto de especies.

Tendemos a centrarnos en lo que no podemos hacer, por lo que no solemos pasar a la acción porque creemos que no hay nada que hacer para intentar cambiar la situación delicada por la que pasa la Tierra. Debemos fijarnos en lo que sí podemos hacer: tenemos el poder de decidir el impacto que tenemos y el cambio que hacemos.

¿REALMENTE ESTAMOS A TIEMPO DE QUE EL MEDIO AMBIENTE SE RECUPERE?

Una pregunta recurrente a la que nos enfrentamos algunos y a la que se enfrenta Jane a menudo, es cómo conservar la esperanza y el optimismo teniendo conocimiento de la grave situación por la que pasa nuestro planeta.

Jane mantiene la esperanza basándose en 4 aspectos:

  1. La gente joven: los niños y niñas tienen un gran entusiasmo y determinación en cuanto conocen el problema y toman acción para llevar a cabo su proyectos para ayudar a los demás. Participan del cambio y comprueban los resultados positivos de sus acciones.
  2. El cerebro humano: es innegable que la tecnología desarrollada por nuestro cerebro cada vez es más respetuosa con el medio ambiente. Solo es necesaria más implicación de los gobiernos y financiación para la investigación.
  3. Resiliencia de la naturaleza: muchos lugares que han sido destruidos se recuperan con el tiempo, si se les da una oportunidad.
  4. El indomable espíritu humano: a pesar de las dificultades (poniendo como ejemplo las personas con discapacidad o diversidad funcional) siempre hay una manera de llegar a la meta, sea siguiendo un camino u otro.

En este vídeo podéis ver una charla entera de las que hace Jane (doblada al español). A partir del minuto 59:30 explica los 4 motivos para la esperanza.

Jane termina diciendo que vivimos tiempos oscuros, pero que cree que hay una ventana abierta si todos trabajamos juntos.

Finaliza la conferencia con la emotiva liberación de Wounda, un vídeo que no os deberíais perder:

 

(Foto de portada: Morten Bjarnhof GANT)

Organismos modelo en genética

Para los científicos es básico trabajar con modelos para descubrir qué pasa en un organismo completo, que es más complejo que la suma de sus partes. Es por este motivo que hay ciertos organismos, que por sus características, es fácil utilizarlos como modelos en ciencia. A continuación os presento las 7 especies más utilizadas como organismos genéticos modelo.

¿QUÉ ES UN ORGANISMO MODELO?

Los organismos genéticos modelo son organismos de fácil estudio, que gracias a ellos podemos estudiar fenómenos importantes y extrapolarlos al organismo que nos interese. Como dijo Jacques Monod, premio Nobel de Medicina el 1965, “lo que es válido para las bacterias lo es para los elefantes”.

Estos se caracterizan por:

  • Fácil mantenimiento: no supone un gran coste tenerlos en el laboratorio.
  • Ciclo biológico rápido: en pocas horas o días se completa su ciclo biológico.
  • Alto número de descendientes: tienen un alto número de hijos en poco tiempo.
  • Genoma sencillo: tienen pocos genes.

Los organismos modelo se utilizan para obtener información sobre otras especies que son más difíciles de estudiar directamente. Estos son ampliamente estudiados debido a que son fáciles de mantener y reproducir en un entorno de laboratorio y tienen ventajas experimentales particulares (Vídeo 1).

Vídeo 1. Organismos modelo: bien explicado (Fuente: YouTube)

Los más utilizados son: Drosophila melanogaster (mosca de la fruta), Mus musculus (ratón doméstico), Escherichia coli (bacteria del colon), Arabidopsis thaliana (mala hierba de los prados), Caenorhabditis elegants (gusano), Sacharomyces cerevisiae (levadura del pan) i Danio rerio (pez).

DROSOPHILA MELANOGASTER

La Drosophila melanogaster (Figura 1) es más conocida como la mosca de la fruta o del vinagre. Seguramente habéis visto en vuestras cocinas, volando sobre fruta madura o en descomposición inicial, y sobre líquidos edulcorados o alcohólicos.

Es uno de los animales más conocidos, se conoce cada una de sus partes del cuerpo y las diferentes etapas de su ciclo vital hasta la formación de animal adulto. Puede vivir 30 días y el proceso de huevo a adulto dura 7 días. Además, se secuenció su genoma en el 2000.

En investigación tiene un papel destacado en la biomedicina ya que se utiliza para estudiar aspectos relacionados con el cáncer, las enfermedades neurodegenerativas o la drogadicción.

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Figura 1. Drosophila melanogaster (Fuente: YourGenome)

MUS MUSCULUS

Mus musculus (Figura 2) es el nombre científico del ratón común, el mamífero más utilizado en el laboratorio. El ratón adulto llega a medir (de la nariz hasta la cola) entre 7,5 y 10 cm de largo y pesa entre 10 y 25 gramos. Su período de gestación es de 19-21 días y tienen entre 3 y 14 crías.

Su genoma se secuenció por completo el año 2002. Este fenómeno generó una gran expectación por tratarse de un mamífero que tiene una gran relevancia científica para la especie humana.

Los ratones de laboratorio no están dentro de las leyes generales de protección de los animales, pero se siguen unos protocolos y normas bioéticas.

Se utiliza como modelo en muchos campos, como en la investigación de enfermedades cardiovasculares, diabetes, trastornos neurológicos, cáncer… y en ingeniería genética.

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Figura 2. Mus musculus (Fuente: eLife)

ESCHERICHIA COLI

Escherichia coli (Figura 3) es el organismo más conocido en el ámbito científico. Es una bacteria que vive en la parte más baja de los intestinos de los animales de sangre caliente, incluyendo los pájaros y mamíferos, y es necesaria para la correcta digestión de los alimentos. Su genoma fue secuenciado el 1997 y se pudo observar que el número de genes que lo conforman es una séptima parte del número de genes en el ser humano.

En las últimas décadas, esta bacteria se ha convertido en un instrumento más del laboratorio, sobretodo en el campo de la biología molecular. Gracias a ella, se ha llegado al conocimiento de los fundamentos de la biología moderna y que han merecido el reconocimiento de diferentes premios Nobel, como los procesos de recombinación genética de las bacterias transcripción del ARN, replicación del ADN y de la regulación génica.

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Figura 3. Escherichia coli (Fuente: Public Health England)

ARABIDOPSIS THALIANA

Es una planta (Figura 4) anual que se introdujo en los laboratorios hace unos 40 años. Puede completar todo su ciclo vital en seis semanas. El tallo central florífero crece en unas tres semanas desde la germinación y las flores de manera natural se autopolinizan. En el laboratorio, puede crecer dentro de placas o tiestos bajo luz fluorescente o en invernaderos.

Igual que la Drosophila melanogaster, su genoma se secuenció el año 2000 y fue el primer genoma de planta secuenciado.

Actualmente, los investigadores intentan descubrir los secretos que hay detrás de su desarrollo, crecimiento o floración.

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Figura 4. Arabidopsis thaliana (Fuente: Biology pages)

CAENORHABDITIS ELEGANS

Es un gusano de tierra (Figura 5) de 1 mm de largo que vive en ambientes atemperados. Aunque hace más de 40 años que lo podemos encontrar en el laboratorio, en las últimas décadas ha conseguido el prestigio de organismos más tradicionales, como la Drosophila melanogaster o Mus musculus. La secuencia de su genoma como primer organismo pluricelular se publicó el 1998 y a día de hoy se considera completa.

En la investigación ha ayudado en el conocimiento de las causas del envejecimiento, de la muerte celular y de la estructura del genoma.

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Figura 5. Caenorhabditis elegans (Fuente: Society for mucosal immunology)

SACHAROMYCES CEREVISIAE

Sacharomyces cerevisiae es una levadura (Figura 6), la levadura del pan, del vino y de la cerveza. Su secuenciación, concretamente de la cepa S288C, se completó el año 1996, después de cuatro años de un proyecto liderado por la Unión Europea y la participación de más de 100 laboratorios de todo el mundo. Fue el primer organismo eucariota en ser secuenciado y actualmente es el genoma eucariota más conocido. Esto ha hecho que ganara peso y se haya convertido en un potente modelo biológico de organismos eucariotas.

Se utiliza sobretodo en investigación biotecnológica, mejorando e innovando los procesos de panificación y de producción de bebidas alcohólicas.

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Figura 6. Sacharomyces cerevisiae (Fuente: Fratelli Pasini)

DANIO RERIO

Es un pez cebra (Figura 7), un pez tropical de agua dulce y que seguro que para los amantes de los acuarios es conocido. Genéticamente hablando, es más similar a la especie humana que la Drosophila melanogaster o Caenorhabditis elegans y es más fácil de manipular, mantener y criar que Mus musculus. Es capaz de producir entre 300 y 500 huevos por puesta y puede llegar a vivir hasta 5 años. El borrador de la secuenciación de su genoma se publicó en el 2002.

Hace poco más de 30 años que se introdujo como especie modelo para la investigación en el campo de la biología del desarrollo y la genética. Se utiliza mucho para el estudio de la biología humana.

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Figura 7. Danio rerio (Fuente: NCBI)

(Foto portada: eLife)

 

Animales que caminan por la pared: un reto a la gravedad

¿Cómo consiguen algunos insectos, arañas o lagartos caminar por paredes lisas e incluso boca abajo y no caerse? ¿Por qué, de ser real, Spiderman no podría engancharse en las paredes como lo hacen estos animales?

Científicos de diferentes áreas todavía buscan comprender los mecanismos que usan algunos animales para caminar sobre este tipo de superficies sin resbalarse o precipitarse. A continuación, te explicamos qué sabe la comunidad científica sobre este fenómeno.

Animales que caminan por la pared: un reto a la gravedad

La competencia por el espacio y los recursos (nicho ecológico) ha dado lugar a numerosas e increíbles adaptaciones a lo largo de la evolución, como la miniaturización.

Cuando una superficie es demasiado lisa, de manera que las uñas, las garras o las fuerzas de fricción resultan insuficientes para desplazarse sobre ella sin caerse, entran en juegos mecanismos de adhesión dinámica: aquellos que permiten al animal desplazarse sobre superficies verticales lisas o boca abajo enganchándose y desenganchándose rápidamente. La aparición de estructuras adhesivas dinámicas ha permitido a diversos animales explotar nuevos ambientes, pudiendo desplazarse para cazar o permanecer inmóviles el tiempo necesario para huir de sus depredadores allí donde la mayoría no podría estar estable más que unos pocos segundos.

Gecko sobre una superficie lisa. Imagen de Shutterstock/Papa Bravo.

El desarrollo de estructuras adhesivas dinámicas en las extremidades es típico de insectos y de arañas, de algunos reptiles como los geckos y ciertas lagartijas, y de anfibios como las ranas arborícolas. Puntualmente, también se ha observado en pequeños mamíferos como murciélagos y pósums, unos marsupiales arborícolas procedentes de Australia y de ciertas regiones del sudeste asiático.

El hecho de que grupos tan diferentes de animales presenten una adaptación similar se explica por un proceso de convergencia evolutiva: ante un mismo problema (competencia por el espacio y los recursos, elevada presión de depredación, etc.), la evolución tiende a soluciones iguales o similares (estructuras adhesivas para acceder a otros espacios).

Los límites de la adaptación (o por qué Spiderman no podría caminar por las paredes)

Estudiar el mecanismo mediante el cual algunos animales caminan sobre superficies verticales lisas o invertidas es clave para el desarrollo industrial de nuevas y más potentes sustancias adhesivas. No es de extrañar, por lo tanto, que haya muchos estudios al respecto.

¿Podrá el ser humano escalar paredes como lo hace Spiderman algún día? Labonte et al. (2016) nos explica por qué Spiderman como tal no podría existir. O, al menos, cómo debería ser realmente para poder adherirse a las paredes como una araña.

¿Podrá el ser humano trepar como Spiderman algún día? De momento, nos conformamos con esta escultura. Imagen de dominio público.

Sin entrar en las estrategias propias de cada organismo (de las cuales hablaremos después), el principio básico por el cual insectos, arañas o geckos pueden caminar sobre superficies verticales lisas o boca abajo es su relación superficie/volumen: a menor tamaño del animal, mayor es la superficie de su cuerpo respecto a su volumen y menor la cantidad de superficie adhesiva necesaria para poder desplazarse sin caerse debido al peso. Así pues, los geckos serían los animales conocidos con el tamaño más grande (relación superficie/volumen más pequeña) capaces de caminar sobre superficies verticales lisas o boca abajo sin sufrir modificaciones anatómicas que harían inviable su desarrollo.

¿Y qué significa “sin sufrir modificaciones anatómicas”? Los mismos autores explican que a mayor tamaño del animal, mayor es la superficie adhesiva necesaria para desplazarse sin desprenderse. El crecimiento de la superficie adhesiva con respecto al tamaño del animal sigue un patrón de alometría positiva extrema: por un pequeño incremento del tamaño del animal, se produce un aumento significativamente mayor de la superficie adhesiva. Según este estudio, la superficie adherente respecto a la superficie total puede ser hasta 200 veces mayor en geckos que en ácaros.

Imagen de David Labonte

Sin embargo, la misma alometría se rige por una serie de constricciones (limitaciones) anatómicas. Así, para que existiera un animal de mayor tamaño que un gecko capaz de caminar sobre una superficie vertical lisa o invertida, éste debería desarrollar, por ejemplo, unas extremidades enormes con una superficie adherente igualmente grande. Si bien pudiera tener sentido desde un punto de vista físico, las constricciones anatómicas hacen inviable la existencia de animales con estas características.

Ahora ya podemos responder la pregunta “¿Por qué Spiderman no podría adherirse a las paredes?”. Según este estudio, para que un ser humano pudiera caminar por las paredes como una araña su cuerpo debería estar recubierto al menos de un 40% de estructuras adhesivas (un 80% si contamos únicamente su parte frontal); o eso, o tener brazos o piernas absurdamente grandes e imposibles desde un punto de vista anatómico.

Gran diversidad de estrategias

La adhesión dinámica debe ser suficientemente fuerte para que el animal no caiga al estar quieto, pero suficientemente débil para poder desengancharse sin problemas al dar un paso.

Para conseguirlo, existen diferentes estrategias.

Diversidad de estructuras adhesivas. Imagen de David Labonte.

1) Adhesión húmeda

Interviene una sustancia líquida.

Insectos

Los insectos presentan dos sistemas:

Patas con almohadillas lisas: lo encontramos, por ejemplo, en hormigas, abejas, cucarachas y saltamontes. El último segmento de sus patas (pretarso), las uñas o las tíbias presentan una o varias almohadillas extremadamente blandas y deformables (como los arolios en el pretarso). A pequeña escala, ninguna superficie es totalmente lisa, por lo que estas almohadillas se deforman hasta ocupar todos sus espacios disponibles.

Tarso (parte final de las patas) de una cucaracha. Imagen adaptada a partir de la original de Clemente & Federle, 2008.

Patas con almohadillas peludas: lo encontramos en escarabajos y moscas, entre otros. Las almohadillas de estos insectos están densamente cubiertas de pequeñas estructuras similares a pelos, las setas, gracias a las cuales el contacto con la superficie aumenta.

Pie de un escarabajo de la familia Chrysomelidae. Imagen de Stanislav Gorb et al.

En ambos casos, interviene un líquido con una fase hidrofóbica y otra hidrofílica. Estudios con hormigas han demostrado que las terminaciones de sus patas secretan una fina capa de líquido que incrementa el contacto entre el pretarso y la superficie sobre la que caminan, rellenando los huecos restantes y actuando como un adhesivo bajo los principios de capilaridad (tensión superficial) y viscosidad.

Si queréis conocer más a fondo este mecanismo, ¡no os perdáis este increíble vídeo sobre las hormigas!:

Ranas arborícolas

Las almohadillas de los dedos de las ranas arborícolas están compuestas de células epiteliales columnares separadas entre sí. Entre ellas, numerosas glándulas vierten una sustancia mucosa a los espacios existentes. La separación de las células permite, por una parte, que las almohadillas se deformen para adaptarse al terreno y, por otra, que la mucosidad circule entre ellas y asegure la adhesión. Además, en ambientes húmedos (muchas de estas ranas viven en selvas), estos espacios facilitan la eliminación del exceso de agua que las haría resbalar.

Rana verde de ojos rojos (Agalychnis callidryas), procedente del sur de México al noroeste de Colombia. Fíjate en los extremos de sus dedos. Imagen de dominio público.

En el siguiente vídeo, puedes apreciar con más detalle las patas de una de las ranas arborícolas más conocidas:

Las ranas arborícolas presentan un sistema similar al de almohadillas lisas de los insectos. De hecho, a muchos aumentos las microestructuras adhesivas en grillos y ranas es prácticamente idéntica. Esto llevó a Barnes (2007) a considerar la adhesión húmeda como una de las más exitosas.

Distintas ranas (a, b, c) y sus respectivos epitelios (d, e, f). La figura g corresponde a la superficie de las almohadillas de un grillo. Imagen de Barnes (2007).

Pósums

Los estudios más detallados se han realizado sobre el pósum pigmeo acróbata (Acrobates pygmaeus), un pequeño marsupial del tamaño de un ratón capaz de escalar superficies de vidrio usando las grandes almohadillas de sus patas. Estas almohadillas están compuestas de múltiples capas de células epiteliales escamosas separadas por surcos que facilitan su deformación y por los que circula el sudor, que es el líquido que usan para adherirse.

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Acrobates pygmaeus. Imagen de Roland Seitre.
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Palma de las patas frontales de Acrobates pygmaeus. Imagen de Simon Hinkley y Ken Walker.

2) Adhesión seca

No intervienen líquidos.

Arañas y geckos

Tanto arañas como geckos se rigen por el mismo principio de adhesión: las fuerzas de Van de Waals. A diferencia de insectos, ranas y pósums, no segregan líquidos adhesivos.

Las fuerzas de Van der Waals resultan de la interacción entre moléculas o átomos sin que exista un enlace químico entre ellos, y su energía depende de la distancia. Estas interacciones aparecen entre los “pelos” o setas de las palmas de los geckos (las cuales están surcadas por pliegues, las lamelas) y las setas de las patas de las arañas (que están cubiertas de muchas pilosidades formando las escópulas), y la superficie sobre la que caminan.

Pata de una araña cubierta de setas. Imagen de Michael Pankratz.
Diversidad de patas de geckos. Imagen de Kellar Autumn.

Estudios recientes, sin embargo, sugieren que la adhesión en los geckos no se debería principalmente a estas fuerzas, sino a las interacciones electrostáticas (diferente polaridad entre las setas y la superficie), tras comprobar que su capacidad adhesiva menguaba sobre materiales menos energéticos, como el teflón.

Sea como sea, la habilidad de los geckos para trepar es impresionante. Sino, mira este vídeo del gran David Attenborough:

Succión

Murciélagos

Los murciélagos de ventosas (familia Thyropteridae), originarios de Centroamérica y el norte de Sudamérica, presentan unas ventosas en forma de disco en sus pulgares y en la planta de las patas traseras que les permiten desplazarse sobre superficies lisas. En el interior de estos discos, la presión se reduce y el murciélago queda adherido por succión. De hecho, un solo disco puede soportar el peso de todo el animal.

Murciélago de la familia Thyropteridae. Imagen de Christian Ziegler/ Minden Pictures.

Después de conocer todas estas estrategias, ¿creéis que Spiderman está a la altura?

Imagen de portada de autor desconocido. Fuente: link.