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¿Por qué cambian de color las aguas?

En Agosto de 2016, la noticia de una piscina verde en los Juegos Olímpicos de Río de Janeiro se publicó en todos los medios de comunicación. Todo el mundo se sorprendió y habló sobre el tema, pero este fenómeno ocurre en la naturaleza  con mayor frecuencia de la que creemos: el lago Urmía (Irán), Lago de los Clicos (Lanzarote), Lago rosa Hilier (Australia), etc. ¿Quieres conocer el porqué de estos cambios?

EUTROFIZACIÓN: CONCEPTO Y EJEMPLOS

10 de Agosto del 2016. Plenos juegos olímpicos de Rio de Janeiro. Salta a los medios de comunicación una curiosa noticia: “La piscina de trampolines ha cambiado de color”. El agua había perdido su tono azulado y presentaba un color verde. El mundo se revolucionó ante este cambio, pero ¿qué había sucedido?

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Piscina de Saltos en los Juegos Olímpicos de Rio de Janeiro 2016. Se volvió verde debido a la proliferación de algas. (Imagen: Verne. El País).

Este fenómeno de cambio de color de determinados cuerpos de agua es un fenómeno muy común en la naturaleza. Se trata de la eutrofización del agua. Este concepto hace referencia a la proliferación masiva de organismos debido a un aumento en la concentración de nutrientes en el agua. Para que nos entendamos fácilmente: en el agua se produce un aumento de los alimentos y por tanto, se produce un aumento de los organismos que condicionan las características del agua como el color, la turbulencia, etc.

En los cuerpos de agua cerrados (lagos, piscinas, estanques…) es mucho más sencillo que ocurra este fenómeno. Aún así en mar abierto también se dan estas explosiones de microorganismos (sobre todo de fitoplacton).

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Ejemplo de eutrofización por algas en un cuerpo de agua cerrado. (Imagen: Radio wtcv)

Los principales nutrientes que influyen en la eutrofización de los lagos son los limitantes nitrógeno y fósforo. En cuerpos de agua dulce este último es determinante, mientras que en aguas saladas el nitrógeno suele ser el factor limitante. Un aumento de las concentraciones de estos nutrientes inicia el proceso de eutrofización y proliferación de productores primarios (en su mayoría microalgas y bacterias fotosintéticas como Cianobacterias o arqueobacterias como las Holobacterias).

En estos cuerpos de agua cerrados, el equilibrio natural del ciclo de nutrientes se perturba con mucha facilidad. Cuando un lago recibe nutrientes de forma excesiva, toda la estructura trófica puede cambiar rápidamente. El agua se sobrefertiliza y los organismos fotosintéticos proliferan a sus anchas provocando una explosión de algas y microorganismos.

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Diagrama básico del proceso de eutrofización (imagen: Verdezona)

Normalmente hablamos de explosiones demográficas de microalgas (fitoplacton) y cianobacterias, pero en ciertos casos, cuando el cambio de nutrientes es más drástico (que afecta a la composición físico-química del agua) hablamos de la proliferación de bacterias y arqueas. Este caso seria el del Lago Urmía (Irán), donde proliferan exponencialmente las Halobacterias que soportan grandes concentraciones salinas. Debido a las escasas lluvias y la continua extracción del agua para la agricultura, el agua se torna más salada, impendiendo la vida de la mayoría de organismos y favoreciendo la explosión demográfica de los más especializados, como Halobacterias. La pigmentación roja surge por la presencia de un pigmento conocido como Bacteriorodopsina.

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Imagen de satélite del Lago Urmía (Irán). El cambio de color se debe a la proliferación de bacterias de la familia Halobacteriaceae. (Imagen: La Vanguardia)

El ejemplo de la piscina de Rio de Janeiro muestra las etapas iniciales de la explosión demográfica de algas. Algunos lagos, sin embargo, muestran etapas más avanzadas de eutrofización, como seria el caso del lago Clicos en Lanzarote. En este lago proliferan exponencialmente algas de la especie Ruppia maritima.

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Fotografía del Lago de Clicos en Lanzarote. (Imagen: National Geographic)

EUTROFIZACIÓN NATURAL Y ANTROPOGÉNICA

El proceso natural de eutrofización está altamente regulado, ya que se tiende a un equilibrio entre las entradas (precipitación, escorrentia, erosión…) y salidas de nutrientes. Existen tres estados tróficos en los cuerpos de agua cerrados: el oligotrófico, el mesotrófico y el eutrófico, dependiendo de ciertas características del agua como la concentración de nutrientes y oxigeno, la turbulencia del agua, la producción primaria etc. Estos estados marcan la “edad” de los lagos, es decir, un lago joven sera oligrotrófico mientras que uno más antiguo tenderá a la eutrofización. En la siguiente tabla encontramos algunas diferencias resumidas entre estos tres estados tróficos:

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Tabla con algunas diferencias entre los diferentes estados tróficos de los cuerpos de agua cerrados. Elaboración propia.

Los ecosistemas naturales presentan resilencia, es decir, capacidad para volver al estado normal después de una perturbación brusca.

Aún así, con el paso del tiempo, los lagos más antiguos tienden a acumular sedimentos y restos orgánicos, convirtiendo finalmente el lago en un pantano. Este proceso puede durar miles de años.

Aunque el fenómeno natural de eutrofización es bastante común, no es tan explosivo como el producido por la eutrofización antropogénica. ¿Que significa este concepto? Hablamos de eutrofización antropogénica haciendo referencia al tipo de eutrofización causada por el hombre. Aguas residuales, aguas ricas en fertilizantes y otro tipo de contaminación son las principales causas de este tipo de eutrofización. El ecosistema no tiene la capacidad de eliminar tantos nutrientes de forma equilibrada y tienden a acumularse. En este caso, el proceso dura mucho menos que el natural: tan solo unas décadas son suficientes.

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Comparación entre la eutrofización natural y la antropogénica. (Imagen: New Brunswick, CanadáNew Brunswick, Canadá).

EL INICIO DEL FIN

La eutrofización , sin embargo, marca el inicio de la muerte del cuerpo de agua. ¿Cómo?

El aumento de las concentraciones de nutrientes produce un aumento en la proliferación de plantas acuáticas y algas que realizan la fotosintesis. La concentración de oxigeno aumenta y los organismos también proliferan. Por tanto se da una explosión en la densidad poblacional que provoca la formación de una barrera en el agua. En la superficie la concentración de oxigeno se mantiene mientras que en zonas profundas, donde la luz no penetra con facilidad, se produce un aumento de la respiración aeróbica y disminuye la fotosintesis. Este proceso de consumo de oxigeno provoca que cada vez haya menos concentración de este gas y el medio se vuelva anóxico. Al no haber oxigeno suficiente, las especies que antes vivían plácidamente en el lago, ahora desaparecen.

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En el diagrama se puede observar la barrera que se crea por la proliferación de algas, dejando las zonas más profundas en un ambiente oscuro y sin oxigeno. (Imagen modificada de SPE International)

Por otro lado, una elevada actividad biológica implica una disminución de la disolución de determinados nutrientes en el agua, provocando un cambio en el pH y salinidad de esta, condicionando gravemente también la habitabilidad de estas aguas y favoreciendo la proliferación de organismos extremófilos. Además, la presencia de ciertas algas implica la producción de toxinas que afectan negativamente a las poblaciones autoctónas del lago. Las principales cianobacterias tóxicas que suelen proliferar fácilmente son Anabaena sp, Cylindrospermopsis sp, Microcystis sp. y Oscillatoria sp. Esto implica una gran pérdida en la diversidad de la zona.

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Comparación de la diversidad en un cuerpo de agua oligotrófico y uno eutrófico. (Imagen: Madrid+d)

Finalmente, los restos orgánicos de los organismos muertos se acumulan en el fondo del cuerpo de agua, aumentando así la capa de sedimentos. Al cabo de los años, el volumen de agua se ha reducido significativamente, convirtiendo el lugar en un pantano.

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Como en la mayoría de casos, las acciones del hombre tienen graves consecuencias en el medio ambiente. Debemos evitar la contaminación si no queremos perder la gran diversidad de organismos y parajes que nos rodea. 

REFERENCIAS

  • Eutrofización. Nestor Mazzeo. (PDF, en castellano)
  • Apuntes personales y Generales del Grado en Biología, UIB.
  • Eutrophication: Causes, Consequences, and Controls in Aquatic Ecosystems. Michael Chislock. Disponible aquí en inglés.

  • Imagen de Portada: Axena.

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Micro-okupas de nuestros hogares

Si alguna vez has pensado estar solo en tu casa, sentimos comunicarte que te equivocabas. En nuestros hogares existen una gran cantidad de microecosistemas perfectos para que una gran diversidad de microorganismos prolifere a sus anchas. Estas comunidades son las responsables de los olores de nuestro hogar, de la degradación de ciertos materiales y la contaminación de ciertas zonas. ¿Quieres saber un poco más sobre tus microscópicos compañeros de piso? ¡Adelante!

MICRO-OKUPAS DE NUESTROS HOGARES

Se calcula que cerca de un 90% de nuestro tiempo lo pasamos en lugares cerrados, tales como la oficina, el colegio, nuestro hogar. Estos lugares, así como el resto de nuestro planeta, presenta condiciones idóneas para la creación de espacios donde puedan proliferar especies microscópicas como bacterias, hongos y artrópodos. Estas comunidades comprenden lo que conocemos como el microbioma de nuestro hogar.

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Microfotografía de escáner electrónico de una cerda de un cepillo de dientes usado donde se acumulan las comunidades bacterianas. (Imagen: Science photo library)

Las relaciones que establecemos con estas comunidades de microorganismos pueden condicionar directamente en nuestra salud. Podemos encontrar microorganismos beneficiosos, microorganismos indiferentes (es decir, que no producen ningún efecto) y microorganismos patógenos como Staphylococcus aureus resistente a antibióticos o alérgenos como los ácaros. Cabe decir que estos patógenos, en la mayoría de casos, apenas representan un porcentaje y no suponen ningún riesgo para los ocupantes del hogar.

BACTERIAS

Las comunidades bacterianas son muy abundantes en nuestros hogares. Las podemos encontrar en todos los rincones y presentan una gran diversidad. Por ejemplo, en el polvo se calcula que hay unas 7.000 especies bacterianas diferentes. En el gráfico siguiente podemos observar la diversidad bacteriana que coloniza ciertas regiones de nuestro hogar, como la tapa del inodoro, la cocina o nuestras propias camas.

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Diferentes taxones bacterianos que podemos encontrar en diferentes zonas de nuestro hogar. (Imagen: G.E. Flores)

HONGOS

Una vivienda normal puede presentar hasta 2.000 tipos diferentes de hongos. Los podemos encontrar también en todos los ambientes del hogar como alimentos, cocina, paredes e incluso en lugares olvidados durante la limpieza como por ejemplo el polvo acumulado sobre los marcos de las puertas. Entre ellos podemos destacar la presencia de Aspergillus, Penicillium y Fusarium. También proliferan hongos encargados de la degradación de maderas (como por ejemplo Stereum, Tremetes, Phlebia) o hongos relacionados con los humanos, como sería el caso de Candida.

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Aparición de moho en nuestros hogares en forma de húmedad por Strachybrotrys sp. (Imagen: Mycleaningproduct.com) o en las frutas como Penicillium sp. (imagen: wisegeek).

ÁCAROS

Estos organismos representan al grupo de los artrópodos microscópicos de nuestros hogares. Normalmente habitan en el polvo de nuestra casa, en las superficies rugosas tales como telas, colchones y almohadas donde se alimentan de piel y escamas humanas y de animales. Normalmente encontramos las especies Dermatophagoides pteronyssus y Dermatophagoides farinae, conocidos comúnmente como ácaros del polvo. Aun así, y en menor medida, podemos encontrar también algún que otro ejemplar de Demodex folliculorum. Este ácaro habita en los folículos pilosos de nuestro rostro y se alimenta de piel muerta. Normalmente se desprende de la piel al dormir.

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Ácaro del polvo D. pteronyssinus (Imagen: Göran Malmberg) y ácaro del folículo Demodex folliculorum (Imagen: BBC)

BIOGEOGRAFÍA Y PRINCIPALES FUENTES DE EMISIÓN

La distribución geográfica de las comunidades microscópicas de nuestro hogar y los factores ambientales que condicionan esta distribución son poco conocidos. Por ese motivo, a lo largo de esta última década los estudios sobre el microbioma de nuestros hogares han aumentado y proliferado de manera considerable.

Esta gran diversidad microbiana cambia a lo largo de diferentes localizaciones de nuestro hogar, es decir, no encontraremos los mismos microorganismos en la cama que en la taza del váter. Por ejemplo, en nuestra cocina, dependiendo del lugar que examinemos podemos encontrar mayor abundancia de una determinada bacteria o de otra. En la imagen inferior, nos muestran como en los fogones de nuestra cocina encontramos una mayor abundancia de Salmonella sp. que de Clostridium sp.

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Diferencias en la abundancia de bacterias en función de la localización. (Imagen: G.E. Flores)

Aun así, encontramos un cierto patrón en la distribución geográfica de estas comunidades, es decir, los organismos que habitan en ciertas zonas son más similares que a los que encontramos en otras. En el dendrograma siguiente podemos observar como los organismos que encontramos en la funda de nuestras almohadas (pillowcase en inglés) son muy parecidas a las que encontramos en el retrete, pero completamente diferentes a las que podemos encontrar en la tabla de cortar de nuestras cocinas.

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Dendograma de similitud entre las comunidades bacterianas de diversas zonas de nuestro hogar. (Imagen: Robert, D. Dunn).

¿Cuál es el porqué de esta distribución geográfica?

La respuesta se encuentra en las diferentes fuentes de emisión de estos organismos. En función de dónde provenga la afluencia de microorganismos encontraremos unas especies u otras. Obviamente la mayor fuente de emisión de microorganismos al ambiente son los seres humanos. Sabemos que millones de bacterias y demás microorganismos viven en nuestro organismo y estos se extienden por todas partes, ya sea por actividad respiratoria, contacto directo o por la piel. Cada humano deja una huella microbiana (fingerprint en inglés) específica en aquellos lugares donde se encuentra.

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Principales fuentes de emisión en función de la zona del hogar a examinar. Véase que la mayor fuente de emisión son los propios humanos. (Imagen: G. E. Flores)

Se puede observar que en ciertos lugares aparecen microorganismos relacionados con nuestros intestinos, concretamente son aquellos que se expulsan con los excrementos. Si no lavamos nuestras manos después de acudir al servicio, seguramente vayamos esparciendo bacterias fecales por doquier. También cabe destacar que hasta los más pulcros cometen errores: tirar de la cadena con la tapa del retrete abierta provoca la expansión de bacterias fecales como si se tratara de un aerosol, llegando hasta nuestros cepillos de dientes o el jabón de manos.

Por otro lado, la diversidad microbiana está muy influenciada por el número y tipo de ocupantes de la casa, es decir, no habrá los mismos organismos en una casa con dos ocupantes que en la casa de una familia de siete miembros. Además, se ha observado que no encontramos los mismos microorganismos en hogares donde hay mayor número de mujeres que en los que hay mayor número de varones. Por lo general estos últimos liberan una mayor cantidad de microorganismos.

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Gráfico de la influencia del género de los ocupantes en la diversidad de microorganismos de nuestro hogar. (Imagen: Albert barberán).

Otro factor muy importante que condiciona esta diversidad microbiana es la presencia de mascotas. Si en nuestros hogares tenemos animales de compañía como gatos o perros, conviviremos con comunidades microscópicas más variadas. En estos casos, encontramos organismos relacionados con los excrementos, piel y glándulas de estos animales que no encontraríamos, obviamente, en casas sin animales.

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Diferencias entre la abundancia de determinadas especies bacterianas en función de la presencia o ausencia de animales de compañia. (Imagen: Albert barberán).

Aunque las principales fuentes de emisión son los ocupantes de estos hogares, las comunidades microscópicas que colonizan todos los rincones están estrechamente relacionadas con las que encontramos en el exterior. En el caso de los hongos esta relación es más estrecha que en el caso de las bacterias. Aun así, se ha observado que en el interior de las casas las especies son más variadas que en el exterior.

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Comparación de la riqueza bacteriana y fúngica de nuestros hogares y el exterior. (Imagen: Albert barberán)

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¡Cuánta razón tiene la frase “como mi hogar ningún lugar! Efectivamente, cada hogar es un universo único y específico de comunidades microscópicas. ¡No hay dos iguales en el mundo!

REFERENCIAS

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Bioluminiscencia: brillando con luz propia

Algunas de las imágenes de paisajes más comentadas son las conocidos como “mares de estrellas” de Jervis Bay (Australia) o las cuevas de estrellas (Nueva Zelanda). Lugares que brillan en la oscuridad. ¿Es un fotomontaje? No, en realidad se trata de un proceso natural por el que los organismos brillan con luz propia. 

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A. Imagen de Jervis Bay (Foto: maxres) B. Imagen de Waitomo Glowworms cave en Nueva Zelanda (Foto: Forevergone).

LA BIOLUMINISCENCIA

Aunque así lo parezca, este no es un proceso mágico. La bioluminiscencia es un tipo de quimioluminiscencia (proceso químico de producción de luz) por el cual los organismos vivos son capaces de producir luz. A diferencia de la fluorescencia, la bioluminiscencia es propia de los organismos, es decir, son ellos mismos quién la producen.

Muchas especies, sobre todo marinas, presentan esta capacidad. Se estima que un 90% de las especies que habitan en las regiones más profundas del océano son capaces de producir luz. Marc Arenas habla sobre estos fascinantes organismos en sus dos articulos de viaje a las produndidades I y II.  A nivel terrestre este número desciende, aún así todos conocemos el caso de las luciérnagas (família Lampyridae) y los hongos bioluminiscentes (género Amarillia, Mycena…).

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Luciérnaga (Fam Lampyridae) y hongos Mycena chlorophos. (Imagen: National Geographic)

La reacción de bioluminiscencia es una oxidación acalorífica, es decir, que no produce calor. Los organismos presentan una proteína conocida como Luciferina que mediante la acción de una enzima Luciferasa se oxida. En la imagen siguiente podemos ver una representación sencilla de esta reacción. La luciferasa permite que la proteína luciferina se una al oxigeno. La energía resultante de esta oxidación se da en forma de luz. Llevar a cabo este proceso tiene un coste para los organismos, ya que se consume ATP (molécula energética utilizada para el funcionamiento de las células).

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Esquema de la bioluminiscencia (Imagen: the HuffPostworks)

Existen dos tipos diferentes de bioluminiscencia: intracelular (la reacción química se da en órganos especializados conocidos como fototrofos) y extracelular (las moléculas se sintetizan en el organismo y luego son expulsadas hacia el exterior donde se da la reacción). En el caso de la intracelular podemos encontrar aquellos organismos que sintetizan las moléculas necesarias o aquellos que mantienen una relación simbiótica con bacterias luminiscentes.

¿PARA QUÉ SIRVE LA BIOLUMINISCENCIA?

Como hemos dicho, la mayoría de organismos que presentan la capacidad de sintetizar luz propia viven en lugares oscuros (cuevas, el fondo oceánico…). Estas criaturas se han tenido que adaptar a estas duras condiciones. La bioluminiscencia se utiliza para una gran variedad de situaciones.

  • Comunicación intraespecífica. Se utiliza para la comunicación entre organismos de la misma especie, por ejemplo para el apareamiento. En el articulo “¿Como se comunican los insectos? ” Irene nos habla de los diferentes métodos que utilizan, entre ellos la bioluminiscencia utilizada por las luciérnagas.
  • Defensa. Hay ciertos organismos que al verse perturbados o atacados producen luz intracelularmente o extracelularmente para espantar al depredador. Un ejemplo muy interesante es el Calamar vampiro (Vampyroteuthis infernalis) que escupe un moco bioluminiscente para despistar a sus depredadores.
  • Atracción de la presa. Ciertos organismos poseen órganos productores de luz que atraen a sus presas. Como por ejemplo los pertenecientes al género Lophiiformes.
  • Camuflaje. En ciertos casos la bioluminiscencia se utiliza para camuflarse en las sombras del océano, como seria el caso de los Peces hacha.

BIOLUMINISCENCIA EN LOS MICROORGANISMOS

Muchos microorganismos tienen la capacidad de producir luz propia y sus intenciones no son muy diferentes a la de los organismos superiores. En ciertos casos, la bioluminiscencia es utilizada como método de detoxificación del oxigeno, es decir, una mera forma de eliminar el oxigeno sobrante. En otros, se utiliza como método de comunicación.

Algunos dinoflagelados, como por ejemplo Pyrodinium bahamense, tienen la capacidad de producir luz cuando las condiciones ambientales han sido muy favorables y su población ha sufrido un crecimiento exponencial. En ese momento, cuando el agua es movida se produce la reacción luminosa, como seria el caso de las famosas playas de estrellas.

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Crecimiento excesivo de dinoflagelados que producen bioluminiscencia en la orilla del mar. (Imagen: Ies Rey Pelayo)

En los órganos especializados de ciertos animales encontramos cepas bacterianas como Vibrio fischeri o Photobacterium. Estos organismos reciben nutrientes del organismo superior y como resultado de su actividad metabólica producen luz.

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Imagen del Calamar hawaiano (Euprymna scolopes) y ampliación de su órgano luminoso. En el interior podemos observar bacterias Vibrio fischeri bioluminiscentes. (Imagen: Eric Stabb)

En muchos casos, la producción de luz bacteriana está condicionada por la densidad poblacional, es decir, solo se produce luz cuando hay muchas bacterias. Ese sistema de regulación se denomina quorum sensing o percepción de quorum. ¿De que se trata?

QUORUM SENSING

En la percepción de quorum, los microorganismos liberan al medio substancias autoinductoras (favorecen un determinado proceso). Cuando la concentración de estas substancias es muy grande debido a una gran densidad poblacional, se activan ciertos procesos regulados genéticamente, como seria el caso de la bioluminiscencia.

Esta es una forma de comunicación entre los microorganismos, ya que muchos procesos dependen de la densidad poblacional. En el caso de Vibrio fischeri, ésta solo produce luz cuando la densidad poblacional ha llegado a un determinado tamaño. Cuando las moléculas autoinductoras se ponen en contacto con las bacterias, se inicia un proceso genético que regula la producción de la enzima luciferasa y, por tanto, la bioluminiscencia.

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Imagen del proceso genético simplificado de la bioluminiscencia depediente del quorum. (Imagen: Cornell Institute for Biology teachers).

BIOTECNOLOGIA Y BIOLUMINISCENCIA

La biomimética, ciencia que utiliza a la naturaleza como fuente de inspiración para crear tecnologías que resuelvan problemas humanos, tiene como próxima frontera la adaptación de estos mecanismos de iluminación. ¿Imagináis substituir las farolas por arboles bioluminiscentes? Actualmente no es posible aún, pero existen grandes empresas que centran sus esfuerzos en cambiar la electricidad de las ciudades por energías más baratas y renovables. Mediante la modificación genética de las plantas, se introduciría el gen responsable de la bioluminiscencia y estas plantas serían capaces de producir luz.

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Recreación da la iluminación del futuro con plantas bioluminiscentes. (Imagen: iluminet)

Esta forma de energía, aparte de reducir el gasto energético y la contaminación, es rápida y sencilla de mantener. Solo mediante un gel rico en nutrientes y una colonia de Vibrio fischeri podríamos tener una iluminación brillante y continua. ¿Será entonces esta la nueva forma de iluminación de nuestras ciudades?

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La naturaleza es majestuosa y sigue dándonos lecciones, sólo hay que aprender a observar. 

REFERENCIAS

  • Brock, biología de los microorganismos. Michael T, Madigan. Ed. Pearson.
  • Ocean Today. NOAA. (Inglés)
  • The bioluminescence Web Page. (Inglés)
  • Imagen portada: Andy Hutchinson

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Comprueba la evolución en tu propio cuerpo

El 42% de la población estadounidense y el 11,5% de la española no cree que la evolución sea cierta. A pesar de ello, existen diferentes pruebas de que el genial Darwin estaba en lo cierto, algunas de ellas en tu propio cuerpo. ¿Te han operado del apéndice o quitado las muelas del juicio? Descubre en este artículo qué estructuras vestigiales heredaste de tus antepasados.

¿QUÉ SON LAS ESTRUCTURAS VESTIGIALES?

Las estructuras vestigiales (a menudo llamadas órganos, aunque no lo sean propiamente dicho) son partes del cuerpo que han visto reducida o perdida su función original durante la evolución de una especie. Se encuentran en muchos animales, incluidos por supuesto los humanos.

Esqueleto de orca en el que se observan vestigios de las extremidades traseras. Foto: Patrick Gries
Esqueleto de orca en el que se observan vestigios de las extremidades traseras, prueba de su origen terrestre. Foto: Patrick Gries

Las estructuras vestigiales eran plenamente funcionales en los antepasados de esas especies (y lo son en las estructuras homólogas de otras especies actuales), pero actualmente su función es prácticamente nula o ha cambiado. Por ejemplo, en algunos insectos como las moscas el segundo par de alas ha perdido su función voladora y ha quedado reducido a órganos del equilibrio (halterios). Si quieres saber más sobre la evolución del vuelo en los insectos entra aquí.

Además de estructuras físicas, las características vestigiales también pueden manifestarse en comportamientos o procesos bioquímicos.

¿POR QUÉ SON PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN?

La selección natural actúa sobre las especies favoreciendo características que aumenten su supervivencia y eliminando las que no, por ejemplo cuando aparecen cambios en el hábitat. Los individuos con características poco favorables morirán o se reproducirán menos y esa característica se verá eliminada a la larga, mientras que las favorables se mantendrán ya que sus portadores la podrán pasar a la siguiente generación.

A veces hay características que no son ni favorables ni desfavorables, por lo que seguirán pasando a las siguientes generaciones. Pero toda estructura tiene un coste (energético, peligro a que se infecte, desarrolle tumores…), por lo que la presión selectiva sigue actuando para eliminar algo que no favorece al éxito de la especie. Es el caso de las estructuras vestigiales, que “tardarían más” en desaparecer a lo largo de la evolución. El hecho que existan revelan que en el pasado esas estructuras sí tenían una función importante en nuestros antepasados.

ENCUENTRA TUS ÓRGANOS VESTIGIALES

LA MEMBRANA NICTITANTE

Ya hablamos de ella en Cómo ven el mundo los animales. Se trata de una membrana transparente o translúcida que sirve para proteger el ojo y humedecerlo sin perder visibilidad. Es común en anfibios, reptiles y aves. Entre los primates, sólo la poseen completa lémures y loris.

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Membrana nictitante o tercer párpado de un avefría militar (Vanellus miles). Foto: Toby Hudson

En humanos la plica semilunaris es un vestigio de la membrana nictitante. Obviamente no la podemos mover pero aún tiene cierta función de drenaje del lagrimal y ayuda al movimiento del ojo (Dartt, 2006).

Plica semilunaris (pliegue semilunar). Foto: desconocido
Plica semilunaris (pliegue semilunar). Foto: desconocido

EL TUBÉRCULO DE DARWIN Y LOS MÚSCULOS DE LA OREJA

El 10% de la población tiene un engrosamiento en la oreja, vestigio de la oreja puntiaguda común en los primates. Esta estructura se llama tubérculo de Darwin y no tiene ninguna función.

Variabilidad del Tubérculo de Darwin en la punta de la oreja (0= ausente). Puede presentarse en otras zonas del pabellón auditivo: ver publicación.
Variabilidad del Tubérculo de Darwin en la punta de la oreja (0= ausente).  Fuente.
Comparación entre la oreja de un macaco y la nuestra. Fuente
Comparación entre la oreja de un babuino amarillo (Papio cynocephalus) y la nuestra. Fuente

Asimismo, los primates (y otros mamíferos) tienen orejas móviles para dirigir los pabellones auditivos hacia la fuente de sonido: seguramente lo habrás observado en tu perro o gato. Los humanos (y chimpancés) ya no tenemos esa gran movilidad, aunque algunas personas pueden mover ligeramente los pabellones auditivos a voluntad. Se ha comprobado mediante electrodos que estos músculos se excitan cuando percibimos un sonido que viene de una dirección concreta (2002).

Músculos auriculares responsables del movimiento del pabellón auditivo. Fuente

El músculo occipitofrontal también ha perdido su función de evitar que se caiga la cabeza, aunque participa en la expresión facial.

MÚSCULO PALMAR LARGO

El 16% de las personas caucásicas no posee este músculo en la muñeca, tampoco un 31% de las nigerianas ni un 4,6% de las chinas. Incluso puede aparecer en un brazo y no en el otro o ser doble según las personas.

Se cree que este músculo participaría activamente en la locomoción arborícola de nuestros antepasados, pero actualmente no tiene ninguna función necesaria, ya que no proporciona más fuerza de agarre. Este músculo es más largo en primates completamente arborícolas (lemures) y más corto en los más terrestres, como los gorilas (referencia).

Y tú, ¿lo tienes o no? Haz la prueba: junta los dedos pulgar y meñique y levanta ligeramente la mano.

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Yo tengo dos en el brazo izquierdo y uno en el derecho. Foto: Mireia Querol

MUELAS DEL JUICIO

El 35% de las personas no poseen muelas del juicio o tercer molar. En el resto, su aparición suele ser dolorosa y es necesaria la extirpación.

Yo no tengo el tercer molar. Foto: Mireia Querol Rovira
Yo no tengo el tercer molar. Foto: Mireia Querol Rovira

Nuestros ancestros homininos sí las tenían, bastante mayor que el nuestro. Un reciente estudio explica que cuando un diente se desarrolla, emite señales que determinan el tamaño de los dientes vecinos. La reducción de la mandíbula y el resto de dentadura a lo largo de la evolución ha provocado la reducción de los molares (e incluso la desaparición del tercero).

Comparativa entre la dentición de un chimpancé, Australopithecus afarensis y Homo sapiens. Fuente
Comparativa entre la dentición de un chimpancé, Australopithecus afarensis y Homo sapiens. Observa la reducción de los tres últimos molares entre afarensis y sapiens, Fuente

EL COXIS

Si te tocas la columna vertebral hasta el final, llegarás al coxis o cóccix. Se trata de 3 a 5 vértebras fusionadas vestigio de la cola de nuestros ancestros primates. De hecho, cuando estábamos en el útero materno, en los primeros estadíos de desarrollo del embrión se observa una cola con 10-12 vértebras en formación.

Distintos estados en el desarrollo embrionmario humano y comparación con otras especies. Créditos en la imagen
Distintos estadíos en el desarrollo embrionario humano (1 a 8) y comparación con otras especies. Créditos en la imagen

Posteriormente se reabsorbe, pero no en todos los casos: hay reportados 40 nacimientos de bebés con cola.

Neonato nacido con cola. Una mutación ha evitado la inhibición del crecimiento de la cola durante la gestación. Fuente
Neonato nacido con cola. Una mutación ha evitado la inhibición del crecimiento de la cola durante la gestación. Fuente

Aunque no tengamos cola, actualmente estos huesos sirven de anclaje de algunos músculos pélvicos.

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Situación del coxis. Foto: Mireia Querol Rovira

PEZONES SUPERNUMERARIOS (POLITELIA)

Se estima que hasta un 5% de la población mundial presenta más de dos pezones. Estos pezones “extra”, pueden presentarse en diferentes formas (completos o no) por lo que a veces se confunden con pecas o lunares.  Se situan en la línea mamilar (de la ingle a la axila), exactamente en la misma posición que el resto de mamíferos con más de dos mamas (observa a tu perro, por ejemplo). Habitualmente el número de mamas corresponde con la media de crías que puede tener un mamífero, por lo que los pezones extra serían un vestigio de cuando nuestros antepasados tenían más crias por parto. Lo habitual son 3 pezones, pero se ha documentado un caso de hasta 8 pezones en una persona.

Pezón suplementario debajo del principal. Fuente
Pezón suplementario debajo del principal. Fuente

ENCUENTRA TUS REFLEJOS Y COMPORTAMIENTOS VESTIGIALES

EL REFLEJO DE PRENSIÓN PALMAR Y PLANTAR

Alguna vez habrás experimentado que al acercar cualquier cosa a las manos de un bebé, automáticamente lo agarra con una fuerza tal que sería capaz de aguantar su propio peso. Desaparece hacia los 3-4 meses y es un remanente de nuestro pasado arborícola y a la forma de agarrarse al pelo de la madre, igual que sucede con los otros primates actuales. Observa el siguiente vídeo de 1934 sobre un estudio de dos gemelos (minuto 0:34):

En los pies también existe el reflejo de intentar agarrar algo cuando se toca la planta del pie de un bebé. Desaparece hacia los 9 meses de edad.

Por cierto, ¿te has fijado en la afición y facilidad que tienen los niños y niñas para subirse a cualquier barandilla o parte elevada en un parque infantil?

LA PIEL DE GALLINA

El frío, el estrés o una emoción intensa (por ejemplo, el escuchar cierta música) provoca que el músculo piloerector nos erice el vello dándole a la piel el aspecto de una gallina desplumada. Es un reflejo involuntario en el que algunas hormonas, com la adrenalina (que se libera en las situaciones mencionadas), están implicadas.  ¿Qué utilidad tenía esto para nuestros ancestros y tiene en los mamíferos actuales?

  • Aumentar el espacio entre la piel y el exterior, por lo que el aire caliente atrapado entre el pelo ayuda a mantener la temperatura.
  • Parecer más grandes para ahuyentar posibles depredadores o competidores.

    Chimpancé con el pelo erizado durante un display antes de un conflicto. Foto: Chimpanzee Sanctuary Northwest
    Chimpancé con el pelo erizado durante un display antes de un conflicto. Foto: Chimpanzee Sanctuary Northwest

Obviamente nosotros hemos perdido el pelo en la mayor parte del cuerpo, por lo que aunque conservamos el reflejo, no nos sirve ni para calentarnos ni para ahuyentar depredadores. El pelo se ha conservado más abundantemente en zonas donde es necesaria protección o  debido a la selección sexual (cabeza, cejas, pestañas, barba, pubis…), pero en general, también puede ser considerado una estructura vestigial.

Existen más estructuras vestigiales aunque en este artículo nos hemos centrado en las más observables. En futuros artículos hablaremos de otras internas, como el famoso apéndice o el órgano vomeronasal.

REFERENCIAS

Conociendo los fósiles y su edad

En All You Need Is Biology a menudo hacemos referencia a los fósiles para explicar el pasado de los seres vivos. ¿Pero qué es exactamente un fósil y cómo se forma? ¿Para qué sirven los fósiles? ¿Te has preguntado alguna vez cómo lo hace la ciencia para saber la edad de un fósil? Sigue leyendo para descubrirlo!

¿QUÉ ES UN FÓSIL?

Si piensas en un fósil, seguramente lo primero que te viene a la cabeza es un hueso de dinosaurio o una concha petrificada que te encontraste en el bosque, pero un fósil es mucho más. Los fósiles son restos (completos o parciales) de seres vivos que han vivido en el pasado (miles, millones de años)  o rastros de su actividad que quedan conservados (generalmente en rocas sedimentarias). Así pues, existen diferentes tipos de fósiles:

  • Petrificados y permineralizados: son los que corresponden a la definición clásica de fósil en el que las partes orgánicas o huecos son sustituidas por minerales (ver apartado siguiente). Su formación puede dejar moldes internos o externos (por ejemplo, de conchas) en el que el material original puede desaparecer. La madera fosilizada de esta manera se conoce como xilópalo.

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    Fósil petrificado de cangrejo herradura y sus pisadas. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Icnofósiles: restos de la actividad de un ser vivo que quedan registradas en la roca y dan información sobre el comportamiento de las especies. Pueden ser modificaciones del entorno (nidos y otras construcciones), huellas (icnitas), deposiciones (coprolitos -excrementos-, huevos…) y otras marcas como arañazos, dentelladas…
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    Huevos de dinosaurio (nido). CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

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    Coprolitos, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Ámbar: se trata de resina fósil de más de 20 millones de antigüedad. Antes pasa por un estado intermedio que se llama copal (menos de 20 millones de años). La resina, antes de pasar a ámbar, puede atrapar insectos, arácnidos, polen… en este caso se consideraría un doble fósil.

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    Pieza de ámbar a la lupa con insectos en su interior, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Fósiles químicos: son los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, que se formaron por la acumulación de materia orgánica a altas presiones y temperaturas junto con la acción de bacterias anaerobias (que no utilizan oxigeno para su metabolismo).
  • Subfósil: cuando el proceso de fosilización no se completa (por haber pasado poco tiempo, o las condiciones para que se diera la fosilización no fueron propicias) los restos se conocen como subfósiles. No tienen más de 11.000 años de antigüedad. Es el caso de nuestros antepasados más recientes (Edad de los Metales).
Ötzi, un subfósil. Es la momia natural más antigua de Europa. Vivió durante el Calcolítico (Edad de Cobre) y murió hace 5.300 años. Foto: Wikimedia Commons
Ötzi, un subfósil. Es la momia natural más antigua de Europa. Vivió durante el Calcolítico (Edad de Cobre) y murió hace 5.300 años. Foto: Wikimedia Commons
  • Fósil viviente: nombre que se da a seres vivos actuales muy parecidos a organismos ya extintos. El caso más famoso es el del celacanto, que se creía extinguido desde hacía 65 millones de años hasta que fue redescubierto en 1938, pero hay otros ejemplos como los nautilos.

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    Comparación entre la concha de un nautilus actual (izquierda) y un ammonite de millones de años de antigüedad (derecha). CosmoCaixa. Foto :Mireia Querol Rovira
  • Pseudofósiles: son formaciones en las rocas que parecen restos de seres vivos, pero en realidad se han formado por procesos geológicos. El caso más conocido son las dendritas de pirolusita, que parecen vegetales.

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    Infiltraciones de pirolusita en piedra calcárea. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol

Lógicamente los fósiles se hicieron más comunes a partir de la aparición de partes duras (conchas, dientes, huesos…), hace 543 millones de años (Explosión del Cámbrico). El registro fósil anterior a ese período es muy escaso. Los fósiles más antiguos que se conocen son los estromatolitos, rocas formadas por la precipitación de carbonato cálcico debido a la actividad de bacterias fotosintéticas que aún existen en la actualidad.

La ciencia que estudia los fósiles es la Paleontología.

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Estromatolito de 2.800 millones de años de antigüedad, Australian Museum. Foto: Mireia Querol Rovira

¿CÓMO SE FORMA UN FÓSIL?

La fosilización se puede dar de cinco maneras distintas:

  • Petrificación: es la sustitución de la materia orgánica por sustancias minerales de los restos de un ser vivo enterrado. Se obtiene una copia exacta del organismo en piedra. El primer paso de la petrificación es la permineralización (los poros del organismo están rellenos de mineral pero el tejido orgánico está inalterado. Es la fosilización más común que sufren los huesos).
  • Gelificación: el organismo queda incrustado en el hielo y no sufre apenas transformaciones.
  • Compresión: el organismo muerto queda sobre una capa blanda del suelo, como el lodo, y queda cubierto por capas de sedimentos.
  • Inclusión: los organismos quedan atrapados en ámbar o petróleo.
  • Impresión: los organismos dejan impresiones en el barro y se conserva la marca hasta que el barro se endurece.

    Procesos de fosilización y fósiles resultantes. Autor desconocido
    Procesos de fosilización y fósiles resultantes. Autor desconocido

UTILIDAD DE LOS FÓSILES

  • Los fósiles nos dan información de cómo eran los seres vivos en el pasado, resultando una evidencia de la evolución biológica y una ayuda para establecer los linajes de los seres vivos actuales.
  • Permiten analizar fenómenos cíclicos como cambios climáticos, dinámicas atmósfera-océano e incluso las perturbaciones orbitales de los planetas.
  • Los que son exclusivos de una determinada época permiten datar con bastante exactitud las rocas en las que se encuentran (fósiles guía).
  • Dan información de procesos geológicos como el movimiento de los continentes, presencia de antiguos océanos, cadenas montañosas…
  • Los fósiles químicos son nuestra principal fuente de energía actual.
  • Dan información sobre el clima del pasado, por ejemplo, estudiando los anillos de crecimiento de los troncos fósiles o las deposiciones de materia orgánica en las varvas glaciales.

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    Troncos fósiles donde se observan anillos de crecimiento. American Museum of Natural History. Foto: Mireia Querol Rovira

DATACIÓN DE LOS FÓSILES

Para conocer la edad de los fósiles existen métodos indirectos (datación relativa) y directos (datación absoluta). Como no hay ningún método perfecto y la precisión disminuye con la antigüedad, los yacimientos se suelen datar con más de una técnica.

DATACIÓN RELATIVA

Los fósiles se datan según el contexto en el que han sido encontrados, si están asociados a otros fósiles (fósiles guía) u objetos de los que se conoce la edad y según el estrato en el que se encuentran.

En geología, los estratos son los distintos niveles de rocas que se ordenan según su profundidad: según la estratigrafía, los más antiguos son los que se encuentran a mayor profundidad, mientras que los más modernos son los más superficiales, ya que los sedimentos no han tenido tanto tiempo para depositarse en el sustrato. Lógicamente si hay movimientos de tierras y alteraciones geológicas la datación sería incorrecta si sólo existiera este método.

estratigrafía
Esquema de las eras geológicas y estratos con sus correspondientes fósiles. Fuente

DATACIÓN ABSOLUTA

Son más precisas y se basan en las características físicas de la materia.

DATACIÓN RADIOMÉTRICA

Se basan en la velocidad de desintegración de isótopos radioactivos presentes en rocas y fósiles. Los isótopos son átomos del mismo elemento pero con distinta cantidad de neutrones en su  núcleo. Los isótopos radioactivos son inestables, por lo que se transforman en otros más estables a una velocidad conocida por los científicos emitiendo radiación. Comparando la cantidad de isótopos inestables con los estables en una muestra, la ciencia puede estimar el tiempo que ha transcurrido desde que se formó el fósil o roca.

carbono 14
Esquema del ciclo del Carbono 14. Fuente
  • Radiocarbono (Carbono-14): en organismos vivos, la relación entre el C12 y el C14 es constante, pero cuando mueren, esta relación cambia ya que el C14 deja de incorporarse en el cuerpo y el que queda se descompone radioactivamente en un periodo de semidesintegración de 5730 años. Conociendo la diferencia entre el C12 y C14 de la muestra, podremos datar cuando murió el organismo. El límite máximo de datación por este método son 60.000 años, por lo tanto sólo se aplica a fósiles recientes.
  • Berilio 10-Aluminio 26: tiene la misma aplicación que el C14, pero tiene un período de semidesintegración muchísimo mayor, por lo que permite dataciones de 10 millones de años, e incluso de hasta 15 millones de años.
  • Potasio-Argón (40K/40Ar):  se utiliza para datar rocas y cenizas de origen volcánico de más de 10.000 años . Es el método que se utilizó para datar las huellas de Laetoli, el primer rastro de bipedismo de nuestro linaje dejado por Australopitecus afarensis.
  • Series del Uranio (Uranio-Torio): se utilizan diversas técnicas mediante los isótopos del uranio. Se utilizan en materiales de carbonato de calcio, (como corales) y depósitos minerales en cuevas (espeleotemas).
  • Calcio 41: permite datar restos óseos en un intervalo de tiempo entre 50.000 y 1.000.000 de años.

DATACIÓN POR PALEOMAGNETISMO

El polo norte magnético ha ido cambiando a lo largo de la historia de la Tierra, y se conocen sus coordenadas geográficas en distintas épocas geológicas.

Algunos minerales tienen propiedades magnéticas y se dirigen hacia el polo norte magnético cuando están en suspensión acuosa, por ejemplo en las arcillas. Pero si se depositan en el suelo, quedan fijados hacia la posición que tenía el polo norte magnético en ese momento. Si observamos hacia qué coordenadas están orientados esos minerales en el yacimiento lo podemos asociar con una época determinada.

Deposición de partículas magnéticas orientadas hacia el polo norte magnético. Fuente: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.
Deposición de partículas magnéticas orientadas hacia el polo norte magnético. Fuente: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

Esta datación se utiliza en restos dipositados sobre fondos arcillosos y como el polo norte magnético ha estado varias veces en las mismas coordenadas geográficas, se obtiene más de una fecha de datación. Según el contexto del yacimiento, se podrán descartar algunas de estas fechas hasta llegar a una definitiva.

DATACIÓN POR TERMOLUMINISCENCIA Y LUMINISCENCIA ÓPTICA SIMULADA

Ciertos minerales (cuarzo, feldespato, calcita…) acumulan modificaciones en su estructura cristalina debidas a la desintegración radiactiva del entorno. Estas modificaciones son acumulativas, continuas y dependientes del tiempo de exposición a la radiación. Cuando se somete al mineral a estímulos externos, emite luz debido a estas modificaciones. Esta luminiscencia es muy débil y distinta según se le aplique calor (TL), luz visible (OSL) o infrarrojos (IRSL).

Termoluminiscencia de la fluorita. Foto: Mauswiesel
Termoluminiscencia de la fluorita. Foto: Mauswiesel

Sólo se pueden datar muestras que hayan estado protegidas de la luz solar o calor a más de 500ºC, ya que entonces se reinicia “el reloj” al liberarse la energía de manera natural.

RESONANCIA PARAMAGNÉTICA ELECTRÓNICA (ESR)

La ESR (electro spin resonance) consiste en someter la muestra a radiación y medir la energía absorbida por la muestra en función de la cantidad de radiación a la que ha estado sometida durante su historia. Es un método complejo del que puedes obtener más información aquí.

 REFERENCIAS

Mireia Querol Rovira

¿Qué es la UICN y su Lista Roja?

Mucho se habla de especies que están en peligro, en peligro crítico, que son vulnerables… De hecho, en este blog hemos puesto algunos ejemplos de estas: la foca monje del Mediterráneo es un claro ejemplo de especie en peligro crítico y el lince ibérico de una en peligro. Ahora bien, ¿Qué significan estos nombres? ¿Quién se encarga de catalogarlas y cómo lo hacen? Aquí tienes las respuestas.

¿QUÉ ES LA UICN?

¿Has visto alguna vez este logo en alguna publicación o por Internet?

logo iucn uicn
Logo de la Unión Internacional para la Conservación de las Especies (Imagen: IUCN).

La IUCN, de sus siglas en inglés, es la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN en castellano), una red de más de 1.000 organizaciones gubernamentales y no gubernamentales, compuesta por unos 11.000 científicos de más de 160 países.

Su propósito, como indica su nombre, es el de conservar la naturaleza y, por este motivo, busca soluciones para los problemas ambientales más urgentes.

LA UICN está compuesta por hasta 6 comisiones, entre las cuales cabe destacar la Comisión de Supervivencia de Especies (CSE), que cuenta con más de 10.000 expertos voluntarios de todo el mundo, distribuidos en distintos grupos de trabajo.

La UICN y la Comisión de Supervivencia de Especies son los responsables de elaborar la Lista Roja. ¿Qué es una lista roja?

¿QUÉ ES UNA LISTA ROJA?

Una lista roja de especies amenazadas, como su propio nombre indica, es un inventario sobre el estado de conservación de las especies vegetales, animales y hongos. Así pues, se evalúa el riesgo de que se extinga una especie si no se conserva.

Lista Roja de la Flora Vascular Española 2008. (Imagen: Jolube).
Lista Roja de la Flora Vascular Española 2008. (Imagen: Jolube).

Esta lista se elabora siguiendo unos criterios objetivos que permiten clasificar a las especies en 8 categorías de amenaza, de manera que sea más fácil poder comparar los diferentes taxones. ¡Vamos a verlas!

CATEGORÍAS Y CRITERIOS DE LA LISTA ROJA DE LA UICN

REQUISITOS PARA CATEGORIZAR A LOS TAXONES

Para poder utilizar estos criterios, se deben de cumplir un conjunto de requerimientos:

  • Se pueden aplicar a las especies o a niveles taxonómicos inferiores.
  • Sólo puede aplicarse para las poblaciones silvestres en su área de distribución natural o en aquellas poblaciones resultado de una introducción benigna.
  • Los criterios se tienen que aplicar sin importar si se desarrollan acciones para su conservación o no.
  • El estado de conservación de una especie no tiene que ser necesariamente el mismo para una escala global que para una escala regional o nacional.

¿CUÁLES SON LAS CATEGORÍAS DE LA UICN?

De menos a más riesgo de extinción, los taxones evaluados se pueden clasificar en una de las siguientes categorías:

  • Preocupación menor (LC): cuando un taxón no puede ser clasificado en ninguna de las categorías siguientes, se dice que hay una preocupación menor en su estado de conservación.
  • Casi amenazado (NT): cuando un taxón no puede ser clasificado en ninguna de las categorías siguientes, pero  está muy próximo, se dice que está casi amenazado, puesto que en un futuro cercano posiblemente se pueda clasificar. El casuario menor (Casuarius bennetti), un ave que podría ser el velociraptor actual, tiene esta categoría.
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Casuario comiendo quandongs, uno de sus frutos predilectos (Foto: Christian Ziegler).
  • Vulnerable (VU): si el riesgo de que un taxón se extinga en la vida silvestre es alto, se clasifica en la categoria de vulnerable. Dos ejemplos son el tiburón ballena y el peregrino, los dos peces más grandes del mundo y que comen plancton.
  • En peligro (EN): se clasifica un taxón en peligro si hay un riesgo de extinción muy alto en estado de vida natural. Un ejemplo es el lince ibérico (Lynx pardinus).
  • En peligro crítico (CR): cuando un taxón se enfrenta a un riesgo de extinción extremadamente alto en estado de vida silvestre se dice que corre un peligro crítico. Un ejemplo, como hemos comentado, es la foca monje del Mediterráneo (Monachus monachus).
  • Extinto en Estado Silvestre (EW): significa que sólo vive en cultivo, cautividad o como una población naturalizada fuera de su distribución natural.
  • Extinto (EX): un taxon está extinguido cuando no hay ninguna duda de que ha muerto el último individuo existente. Un ejemplo es el tilacino, que nosotros lo extinguimos. 
Un dels pocs llops marsupials que es conserven taxidermitzats en el món. Museo nacional de Ciencias Naturales, Madrid. Foto: Mireia Querol
El tilacino fue extinguido por los humanos. Museo nacional de Ciencias Naturales, Madrid (Foto: Mireia Querol).

Las categorías Vulnerable, En peligro y En peligro crítico son las que muestran que una especie está amenazada. Así pues, una especie amenazada y una que está en peligro no son exactamente lo mismo.

Además, hay otras dos categorías para las especies que no se hayan evaluado:

  • Datos insuficientes (DD): se incluye un taxón en esta categoría cuando no hay información adecuada para evaluar su estado de conservación.
  • No evaluado (NE): cuando todavía no se ha clasificado un taxón con los criterios de la UICN, entonces se clasifica en esta categoría.

¿QUÉ CRITERIOS SE UTILIZAN PARA LAS CATEGORÍAS DE AMENAZA?

Se utilizan hasta 5 criterios distintos para evaluar el estado de conservación de los taxones:

  • Criterio A: Reducción del tamaño poblacional. Se tienen que cumplir cualquiera de los subcriterios (A1-A4), evaluando la reducción en el período más largo, ya sean 10 años o 3 generaciones.
  En peligro crítico En peligro Vulnerable
A1

Reducción en el pasado cuando las causas son reversibles, entendidas y conocidas y han cesado

Superior o igual al 90% Superior o igual al 70% Superior o igual al 50%
A2

Reducción en el pasado cuando las causas pueden no haber cesado, no ser entendidas ni conocidas o no son reversibles.

Superior o igual al 80% Superior o igual al 50% Superior o igual al 30%
A3

Reducción en el futuro (hasta un máximo de 100 años)

Superior o igual al 80% Superior o igual al 50% Superior o igual al 30%
A4

Reducción donde el tiempo considerado incluye el pasado y el futuro (hasta un máximo de 100 años en el futuro) y cuando las causas pueden haber no cesado, pueden no ser entendidas ni conocidos o pueden no ser revesibles

Superior o igual al 80% Superior o igual al 50% Superior o igual al 30%
  • Criterio B: Distribución geográfica representada como extensión de presencia y/o área de ocupación. Veamos estos conceptos:
    • Extensión de presencia: cuando dibujas la línea que une a los lugares más externos donde hay un taxón (y que contenga el resto de lugares en su interior), encuentras su extensión de presencia.
    • Área de ocupación: se refiere al área dentro de la extensión de presencia que ocupa un taxón teniendo en cuenta que no está presente en toda su extensión de presencia.
Dos ejemplos de la diferencia entre extensión de presencia y área de ocupación. (A) es la distribución espacial de dos especies, (B) es la delimitación de la extensión de presencia y (C) muestra una medida del área de ocupación (Foto: IUCN).
Dos ejemplos de la diferencia entre extensión de presencia y área de ocupación. (A) es la distribución espacial de dos especies, (B) es la delimitación de la extensión de presencia y (C) muestra una medida del área de ocupación (Foto: IUCN).
  En peligro crítico En peligro Vulnerable
B1

Extensión de presencia

Inferior a 100 km2 Inferior a 5.000 km2 Inferior a 20.000 km2
B2

Área de ocupación

Inferior a 10 km2 Inferior a 500 km2 Inferior a 2.000 km2
  • Criterio C: Pequeño tamaño de la población y reducción.
  En peligro crítico En peligro Vulnerable
Número de individuos adultos Inferior a 250

(y C1 y/o C2)

Inferior a 2.500

(y C1 y/o C2)

Inferior a 10.000

(y C1 y/o C2)

C1

Disminución continuada

Mínimo del 25% en 3 años o 1 generación (lo más largo, máximo 100 años) Mínimo del 20% en 5 años o 2 generaciones (lo más largo, máximo 100 años) Mínimo del 10% en 10 años o 3 generaciones (lo más largo, máximo 100 años)
C2

Disminución continuada y mínimo una de las 3 condiciones (2a.i, 2a.ii, 2b)

2a.i

Número de individuos maduros en cada subpoblación

Inferior o igual a 50 Inferior o igual a 250 Inferior o igual a 1.000
2a.ii

% de individuos en una sola subpoblación

90-100% 95-100% 100%
2b

Fluctuaciones extremas en el número de individuos maduros

  • Criterio D: Población muy pequeña o restringida.
  En peligro crítico En peligro Vulnerable
Número de individuos adultos Inferior a 250 Inferior a 2.500 Inferior a 10.000
  • Criterio E: Análisis Cuantitativo.
  En peligro crítico En peligro Vulnerable
E

Probabilidad de extinción en estado silvestre

Superior o igual al 50% en 10 años o 3 generaciones (lo más largo, máximo 100 años) Superior o igual al 20% en 30 años o 5 generaciones (lo más largo, máximo 100 años) Superior o igual al 10% en 100 años

Aunque hay que evaluarlos todos siempre que sea posible, con que cumplan un único criterio es suficiente para clasificarlos en tal categoría.

Los criterios expuestos anteriormente estan simplificados puesto que hay condiciones complementarias que se tienen que cumplir. Para un detalle mayor, consulta el documento Categorías y Criterios de la Lista Roja de la UICN.

REFERENCIAS

Difusió-castellà

Clasificación y filogenia para principiantes

En este blog a menudo se utilizan términos relacionados con la clasificación de los seres vivos y su filogenia. Puesto que son términos que no son conocidos por todos, este artículo pretende aclarar varios conceptos para los principiantes en este campo. 

INTRODUCCIÓN

Antes de introducirnos de lleno en el tema, conviene dejar claros dos conceptos, que muy a menudo se confunden: la sistemática y la taxonomía.

La sistemática es la ciencia de la clasificación y de la reconstrucción de la filogenia, es decir, se encarga de reconstruir el origen y la diversificación de un taxón (unidad que queremos clasificar, como por ejemplo una especie, una familia o un orden).

Por otro lado, la taxonomía es el estudio de los principios de la clasificación científica, la ordenación y denominación sistemática de los organismos.

En otras palabras, mientas que la sistemática se encarga de crear sistemas de clasificación, los cuales se representan en forma de árbol ramificado, la taxonomía pone las reglas y los procedimientos para identificar, poner nombre y clasificar cada especie en las diferentes categorías taxonómicas basándose en la sistemática.

SOBRE LAS ESPECIES Y MÁS ALLÁ

No podemos empezar a hablar sobre cómo se clasifican las especies sin saber qué es una especie y otros niveles de clasificación de los seres vivos.

¿QUÉ ES UNA ESPECIE?

A lo largo de la historia se ha intentado explicar lo que es una especie, de manera que encontramos diferentes definiciones según el enfoque que tomemos.

  • Concepto morfológico o tipológico de especie: una especie es un conjunto de organismos que presentan características fijas y esenciales que representan un patrón o arquetipo. Este concepto está actualmente totalmente descartado, aunque la mayoría de guías se basan en explicaciones morfológicas para identificar a las especies.
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Aunque las guías para identificar las especies se basan en su morfología, el concepto morfológico de especie no es aceptado (Foto: Revista Viva).
  • Concepto biológico de especie: una especie es un grupo de poblaciones naturales interfecundas y reproductivamente aisladas, la cual ocupa un nicho específico en la naturaleza. Por lo tanto, una especie tiene una ascendencia común y comparten caracteres de variación gradual. Esta definición tiene varios problemas: sólo es aplicable a las especies con reproducción sexual y no se puede aplicar para las especies extinguidas.
  • Concepto evolutivo de especie: una especie es un único linaje de poblaciones ancestro-descendiente que mantiene su identidad frente a otros linajes y que tiene sus propias tendencias evolutivas y su destino histórico. Este enfoque y el biológico son, de hecho, complementarios puesto que hay una duplicidad de fenómenos.
  • Concepto filogenético de especie: según esta perspectiva, una especie es un grupo irreducible de organismos, diagnósticamente distinguible de otros grupos semejantes y dentro del cual existe un patrón parental de ascendencia y descendencia. Este criterio cubre tanto la reproducción sexual como la asexual.
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Según la definición filogenética, A, B y C son especies diferentes. Todos los organismos dentro de C son también una única especie con diferentes formas (Foto: Sesbe).

MÁS ALLÁ DE LAS ESPECIES

Por si no fuera suficiente el lío planteado para definir lo que es una especie, éstas se clasifican según un sistema jerárquico basado en más categorías taxonómicas. Aquellas que están por encima de la especie se llaman supraespecíficas, mientras que las que quedan por debajo son las infraespecíficas.

Así pues, desde la categoría más alta a la más baja, los seres vivos se pueden clasificar en: Dominio > Reino > Filo o División > Clase > Orden > Familia > Género > Especie > Subespecie > Variedad > Forma. ¡Y que conste que aquí hemos simplificado bastante!

Vamos a ver un ejemplo: imagina al perro. El perro, como el lobo, forman parte de una misma especie: Canis lupus, pero el perro es la subespecie Canis lupus familiaris. La designación de una especie se hace mediante su género (Canis) seguido del epíteto específico (lupus). Las categorías supraespecíficas del perro son: Dominio Eucariota, Reino animal, Filo Cordados, Subfilo Vertebrados, Clase Mamíferos, Orden Carnívoros y Familia Cánidos.

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Los perros y los lobos están incluidos dentro de la misma especie, pero están en subespecies distintas (Foto: Marc Arenas Camps).

¿CÓMO SE RECONSTRUYE EL ÁRBOL DE LA VIDA?

Para reconstruir el árbol de la vida, es decir, las relaciones que hay entre las especies vivas y extintas (filogenia) se utilizan los caracteres, es decir, los rasgos de los organismos utilizados para estudiar la variación dentro una especie y entre ellas.

Así, para reconstruir la filogenia se usan caracteres compartidos entre diferentes taxones. Aquí debemos diferenciar dos tipos de semejanza: cuando la semejanza de caracteres resulta de la ascendencia común se denomina homología, mientras que cuando no es resultado de tener antecedentes comunes se llama homoplasia.

Seguramente con un ejemplo quedará más clara la diferencia entre homología y homoplasia. Que las alas de una lechuza y una codorniz se parezcan es porque tienen el mismo origen (homología), pero que las alas de los insectos, las aves y los murciélagos sirvan para volar no se debe a que tengan el mismo origen (homoplasia).

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Las alas de insectos, aves y murciélagos son una homoplasia (Foto: Natureduca).

 Hay tres grandes tipos de homoplasia:

  • Paralelismo: la condición ancestral de un carácter variable (plesiomórfico) está presente en el antepasado común, pero el estadio actual o derivado (apomórfico) ha evolucionado independientemente. Sería un ejemplo de paralelismo el desarrollo de un corazón formado por 4 cavidades en aves y mamíferos.
  • Convergencia: en este caso, el carácter homoplástico no estaría presente en el antepasado común. Las estructuras originadas por convergencia se dice que son análogas. Un ejemplo serían las alas de insectos y aves.
  • Pérdida secundaria o reversión: consiste en la reversión de un carácter determinado a uno que parece ancestral. Así, parece que sea ancestral pero en realidad es derivado.
paralelismo, convergencia, reversion
Paralelismo, convergencia y reversión biológica (Foto: Marc Arenas Camps).

Se utilizan distintos tipos de caracteres para ordenar a los seres vivos: morfológicos, estructurales, embriológicos, palenotológicos, etológicos, ecológicos, bioquímicos y moleculares.

Las especies que comparten estados derivados de un carácter forman un clado y al carácter se le conoce como sinapomorfía. Así, las sinapomorfías son los caracteres que se originaron en un ancestro común de un clado y que se conserva tanto en el ancestro como en todos sus descendientes. Así pues, las glándulas mamarias son una sinapomorfía de todos los mamíferos.

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Las glándulas mamarias son una sinapomorfía de los mamíferos (Foto: Tiempo de éxito).

Una vez se han seleccionado los caracteres, las diferentes escuelas de clasificación biológica los utilizan de diferentes maneras para obtener las relaciones entre los seres vivos lo más fiables posibles.

REFERENCIAS

  • Apuntes de Fundamentos de Biología Avanzada, de la Licenciatura en Biología de la Universidad de Barcelona.
  • Hickman, Roberts, Larson, l’Anson & Eisenhour (2006). Principios integrales de zoología. Ed. McGraw Hill (13 ed).
  • Izco (2004). Botánica. Ed. McGraw Hill (2 ed).
  • Shnek & Massarini (2008). Biología. Ed. Médica Panamericana (7 ed).
  • Vargas (2009). Glosario de Cladística: Introducción a la sistemática filogenética.
  • Foto de portada: Tree of life mural, Kerry Darlington

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La fermentación alcohólica de las plantas a través de las culturas

Todas las culturas del mundo han basado su alimentación y cultura en las plantas de su entorno. Así pues, la forma que cada pueblo tiene de cocinar, vestirse, fabricarse la casa, curarse o fabricar instrumentos para crear su música está relacionada con la materia prima de la que se disponía: las plantas de su paisaje.

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La etnobotánica es la ciencia que tiene como objetivo estudiar los usos culturales de la vegetación a lo largo del tiempo y en este post nos hemos querido detener en un uso cultural de las plantas bien extendido y celebrado hasta hoy en día: la producción de bebidas alcohólicas mediante el proceso de la fermentación alcohólica y/o destilación del jugo azucarado procedente de plantas.

¿PERO EXACTAMENTE QUE SON ESTOS DOS PROCESOS Y QUÉ LOS DIFERENCIA?

La fermentación alcohólica es un proceso metabólico realizado por levaduras para producir energía a partir de azúcares. Es la manera que tienen estos organismos de producir su propia energía en un ambiente sin oxígeno; por eso se le llama metabolismo anaeróbico. Los otros productos de desecho de la fermentación alcohólica son el dióxido de carbono (CO2); por eso encontramos gas en la cerveza, por ejemplo, y por supuesto, el alcohol.

Placa de cultivo con la levadura Saccharomyces cerevisae (Fuente: Wikimedia Comons)
Placa de cultivo con la levadura Saccharomyces cerevisae (Fuente: Wikimedia Comons)

La fermentación alcohólica se ha utilizado para conservar y enriquecer los sabores de gran variedad de alimentos a lo largo de la historia, como el pan, el yogur, el tofu, la salsa de soja o el queso (en los que se pierde el alcohol).

La levadura más común responsable de este tipo de fermentación en la industria alimentaria es Saccharomyces cerevisae, aunque hay otras especies y géneros de levaduras que pueden realizarla y que dan un sabor diferenciado.

El proceso de destilación alcohólica no tiene nada que ver con la fermentación. La destilación es un proceso químico artificial, que separa los componentes de una mezcla líquida mediante una fuente de calor. A través de la evaporación y condensación de la mezcla en un alambique se consigue separar los diferentes componentes de la solución según su volatilidad. En el caso de las bebidas alcohólicas, la destilación se utiliza para obtener aguardientes, bebidas con más graduación alcohólica, a partir del jugo de cereales o frutas fermentado. Por ejemplo el brandy, es el destilado del vino.

Alambique para hacer la destilación de fluidos (Fuente: barresfotonatura)

Así, os invito a hacer un viaje a través de las bebidas alcohólicas del mundo bajo esta clasificación. ¿Todos los continentes han llegado a producir bebidas alcohólicas? ¿Qué opinas?

FERMENTADOS

Dentro de los productos fermentados, la bebida alcohólica más extendida en el Mediterráneo, icono de nuestra cultura, es el vino. El vino es el producto de la fermentación del zumo de uva o mosto. La uva proviene de la planta de la vid o parra (Vitis vinifera); un arbusto originario del Cáucaso y Oriente Próximo que también se ha utilizado como planta de sombra ya que es una planta trepadora que emparra muy fácilmente. Existen más de 10.000 variedades de uva que se utilizan para producir la amplia gama de vinos que encontramos en el mercado. El arte de la viticultura se ha exportado a otros países con clima mediterráneo de todo el mundo, y que por tanto pueden producir vino fácilmente, como son California, Chile, Sudáfrica y Australia. La graduación alcohólica del vino de 10º hasta 14º.

Para producir cava o champagne se deja que se produzca una segunda fermentación de los azúcares que han quedado en la botella de vino (si se trata del tipo brut nature) o bien se añaden azúcares que no son de la uva (tipo brut o extra brut). Con estos azúcares, la levadura vuelve a realizar la fermentación alcohólica, desprendiendo de nuevo dióxido de carbonio y produciendo así las típicas burbujas de esta bebida.

Uva de la variedad Macabeu (Fuente: barresfotonatura)

Otra bebida alcohólica muy consumida en todo el mundo resultante del metabolismo de la levadura es la cerveza, que se produce a partir de la fermentación de la cebada (Hordeum vulgare) y después se le añade lúpulo (Humulus lupulus), que le proporciona amargor. La cerveza se puede consumir fría o caliente y tiene una graduación de 2,5º a 11º. Actualmente muchas marcas de cerveza mezclan diferentes cereales (como el maíz y el arroz) con la cebada pero que no os engañen, ¡la original lleva sólo cebada!

Estrobilos femeninos de lúpulo (Cannabaceae) utilizados para dar el característico amargor a la cerveza, los cuales también ayudan a su conservación (Fuente: Wikimedia Comons)

Si nos alejamos un poco más, los aromas exóticos de Oriente también nos podemos embriagar. En Japón llegaron a producir alcohol del arroz (Oryza sativa), el cereal más consumido en Asia. Se trata del sake, una bebida alcohólica de 14º a 20º grados, que se puede beber fría o caliente.

Campo de arroz (Fuente: barresfotonatura)

En México también encontramos una bebida fermentada que proviene de una planta autóctona. Se trata del mezcal, que se obtiene del Agave tequilana, una pita nativa de México. En este caso el jugo que da lugar a la bebida alcohólica no viene del fruto sino la base suculenta de las hojas, a la que llaman piña y que contiene una elevada concentración de azúcares. El mezcal es de las bebidas alcohólicas con más graduación (55º). Del proceso de destilación del mezcal se obtiene el popular tequila, que tiene una graduación menor (de 37º a 45º). El proceso de fermentación del agave para hacer mezcal o pulque ya era conocido por los mexicas pero el proceso de destilación no se produjo hasta la llegada de los colonizadores españoles y sus alambiques el S. XVI.

Campo de Agave tequilana y las piñas e dónde de extrae el zumo dulce para fermentar (Fuente: barresfotonatura)

DESTILADOS

Volviendo al Viejo Mundo, en las tierras más frías y continentales de Europa se llegó a la idea de destilar el jugo azucarado y fermentado de alguna planta del entorno para producir una bebida alcohólica. En este caso estoy hablando del vodka, un destilado del trigo (Tricticum sativum) o el centeno (Secale cereale) aunque también se puede hacer a partir de patata (Solanum tuberosum), uno de los cultivos más fáciles y baratos de producir en ambientes fríos. Su graduación es bastante elevada, de hasta 45º.

En las islas de Irlanda y Escocia, se llegó a destilar el jugo de un cereal, la cebada (Hordeum vulgare), para producir whisky; bebida alcohólica de más de 40º.

Campo de cebada (Hordeum vulgare; fuente: barresfotonatura)

En el Caribe y sobre todo en Cuba, se produce un destilado con un origen completamente diferente, el ron, que se obtiene a partir de la caña de azúcar (Saccharum officinarum). La historia de esta bebida implica invasiones, esclavitud y no tiene que ver con el aprovechamiento de las plantas nativas, sino más bien con la historia colonial. La caña de azúcar es una planta de la familia de las Poaceae (gramíneas) originaria de Nueva Guinea y la India. Fue exportada a las islas del Caribe por los colonizadores españoles en el S. XVI ya que su cultivo en climas tropicales permitía un alto rendimiento. Su producción sólo pudo ser soportada por la explotación y esclavización de africanos. El ron tiene de 37º a 43º de alcohol. La versión brasileña del ron es la cachaça, que se obtiene del mismo proceso que el ron.

Campo de caña de azúcar (Saccharum officinarum; fuente: barresfotonatura)

Hemos pasado por América, Europa y Asia a través de su cultura alcohólica. ¿Alguien conoce alguna bebida fermentada de África u Oceanía?

REFERENCIAS

  1. Herbert Howell C & Raven PH (2009). Flora mirabilis. How have shaped world knowledge, health, welth and beauty. National Geographic and Missouri Botanical Garden.
  2. Hough SJ (2001). Biotecnología de la cerveza y de la malta. Acribia, Zaragoza.
  3. Parthasarathy N (1948). Origin of Noble Sugar-Canes (Saccharum officinarum). Nature 161: 608-608.
  4. Robinson J, Harding J, Vouillamoz J (2012). Wine Grapes – A complete guide to 1,368 vine varieties, including their origins and flavours. Allen Lane, UK.

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Evolución para principiantes 2: la coevolución

Después del éxito de Evolución para principiantes, seguimos con un artículo para seguir conociendo aspectos básicos de la evolución biológica. ¿Por qué hay insectos que parecen orquídeas y viceversa? ¿Por qué gacelas y guepardos son casi igual de rápidos? ¿Por qué tu perro te entiende? En otras palabras, ¿qué es la coevolución?

¿QUÉ ES LA COEVOLUCIÓN?

Ya sabemos que es inevitable que los seres vivos establezcan relaciones de simbiosis entre ellos. Unos dependen de otros para sobrevivir, y a la vez, del acceso a elementos de su entorno como agua, luz o aire. Estas presiones mutuas entre especies hacen que evolucionen conjuntamente y según evolucione una especie, obligará a su vez a la otra a evolucionar. Veamos algunos ejemplos:

POLINIZACIÓN

El proceso más conocido de coevolución lo encontramos en la polinización. Fue de hecho el primer estudio coevolutivo (1859), a cargo de Darwin, aunque él no utilizara este término.  Los primeros en acuñarlo fueron Ehrlich y Raven (1964).

Los insectos ya existían mucho antes de la aparición de plantas con flor, pero su éxito se debió al descubrimiento de que el polen es una buena reserva de energía. A su vez, las plantas encuentran en los insectos una manera más eficaz de transportar al polen hacia otra flor. La polinización gracias al viento (anemofilia) requiere más producción de polen y una buena dosis de azar para que al menos algunas flores de la misma especie sean fecundadas. Muchas plantas han desarrollado flores que atrapan a los insectos hasta que están cubiertos de polen y los dejan escapar. Estos insectos presentan pelos en su cuerpo para permitir este proceso. A su vez algunos animales han desarrollado largos apéndices (picos de los colibríes, espiritrompas de ciertas mariposas…)  para acceder al néctar.

Polilla de Darwin (Xantophan morganii praedicta). Foto de Minden Pictures/Superstock
Polilla de Darwin (Xantophan morganii praedicta). Foto de Minden Pictures/Superstock

Es famoso el caso de la polilla de Darwin (Xanthopan morganii praedicta) del que ya hemos hablado en una ocasión. Charles Darwin, estudiando la orquídea de Navidad (Angraecum sesquipedale), observó que el néctar de la flor se encontraba a 29 cm del exterior. Intuyó que debería existir un animal con una espiritrompa de ese tamaño. Once años después, el mismo Alfred Russell Wallace le informó que había esfinges de Morgan con trompas de más de 20 cm y un tiempo más tarde se encontró en la misma zona donde Darwin había estudiado esa especie de orquídea (Madagascar). En honor de ambos se añadió el “praedicta” al nombre científico.

También existen las llamadas orquídeas abejeras, que imitan a hembras de insectos para asegurarse su polinización. Si deseas saber más sobre estas orquídeas y la de Navidad, no te pierdas este artículo de Adriel.

Anoura fistulata, murcielago, bat
El murciélago Anoura fistulata y su larga lengua. Foto de Nathan Muchhala

Pero muchas plantas no sólo dependen de los insectos, también algunas aves (como los colibríes) y mamíferos (como murciélagos) son imprescindibles para su fecundación. El récord de mamífero con la lengua más larga del mundo y segundo vertebrado (por detrás del camaleón) se lo lleva un murciélago de Ecuador (Anoura fistulata); su lengua mide 8 cm (el 150% de la longitud de su cuerpo). Es el único que poliniza una planta llamada Centropogon nigricans, a pesar de la existencia de otras especies de murciélagos en el mismo hábitat de la planta. Esto plantea la pregunta si la evolución está bien definida y se da entre pares de especies o por contra es difusa y se debe a la interacción de múltiples especies.

RELACIONES DEPREDADOR-PRESA

El guepardo (Acinonyx jubatus) es el vertebrado más rápido sobre la tierra (hasta 115 km/h).  La gacela de Thomson (Eudorcas thomsonii), el segundo (hasta 80 km/h). Los guepardos tienen que ser lo suficientemente rápidos para capturar alguna gacela (pero no todas, a riesgo de desaparecer ellos mismos) y las gacelas suficientemente rápidas para escapar alguna vez y reproducirse. Sobreviven las más veloces, así que a su vez la naturaleza selecciona los guepardos más rápidos, que son los que sobreviven al poder comer. La presión de los depredadores es un factor importante que determina la supervivencia de una población y qué estrategias deberá seguir la población para sobrevivir. Así mismo, los depredadores deberán encontrar soluciones a las posibles nuevas formas de vida de sus presas para tener éxito.

Guepardo persiguiendo una gacela. Foto de Federico Veronesi
Guepardo persiguiendo una gacela de Thomson en Kenya. Foto de Federico Veronesi

Lo mismo sucede con otras relaciones depredador-presa, parásito-hospedador o herbívoros-plantas, ya sea con el desarrollo de la velocidad u otras estrategias de supervivencia como venenos, pinchos…

HUMANOS Y PERROS… Y BACTERIAS

Nuestra relación con los perros, que data de tiempos prehistóricos, también es un caso de coevolución. Esto nos permite, por ejemplo, crear lazos afectivos con sólo mirarlos. Si quieres ampliar la información, de invitamos a leer este artículo pasado donde tratamos el tema de la evolución de perros y humanos en profundidad.

Otro ejemplo es la relación que hemos establecido con las bacterias de nuestro sistema digestivo, indispensables para nuestra supervivencia. O también con las patógenas: han coevolucionado con nuestros antibióticos, por lo que al usarlos indiscriminadamente, se ha favorecido la resistencia de estas especies de bacterias a los antibióticos.

IMPORTANCIA DE LA COEVOLUCIÓN

La coevolución es uno de los principales procesos responsables de la gran biodiversidad de la Tierra. Segun Thompson, es la responsable que existan millones de especies en lugar de miles.

Las interacciones que se han desarrollado con la coevolución son importantes para la conservación de las especies. En los casos donde la evolución ha sido muy estrecha entre dos especies, la extinción de una llevará a la otra casi con seguridad también a la extinción. Los humanos alteramos constantemente los ecosistemas y por lo tanto, la biodiversidad y evolución de las especies. Con sólo la disminución de una especie, afectamos muchas más. Es el caso de la nutria marina, que se alimenta de erizos.

Nutria marina (Enhydra lutris) comiendo erizos. Foto de Vancouver Aquarium
Nutria marina (Enhydra lutris) comiendo erizos. Foto de Vancouver Aquarium

Al ser cazada por su piel, el siglo pasado los erizos aumentaron de número, arrasaron poblaciones enteras de algas (consumidoras de CO2, uno de los responsables del calentamiento global), las focas que encontraban refugio en las algas ahora inexistentes, eran más cazadas por las orcas… la nutria es pues una especie clave para el equilibrio de ese ecosistema y del planeta, ya que ha evolucionado conjuntamente con los erizos y algas.

De las relaciones coevolutivas entre flores y animales depende la polinización de miles de especies, entre ellas muchas de interés agrícola, por lo que no hay que perder de vista la gravedad del asunto de la desaparición de un gran número de abejas y otros insectos en los últimos años. Un complejo caso de coevolución que nos afectaría directamente es la reproducción de la higuera.

EN RESUMEN

Como hemos visto, la coevolución es el cambio evolutivo entre dos o más especies que interactúan, de manera recíproca y gracias a la selección natural.

Para que haya coevolución se debe cumplir:

  • Especificidad: la evolución de cada carácter de una especie se debe a presiones selectivas del carácter de la otra especie.
  • Reciprocidad: los caracteres evolucionan de manera conjunta.
  • Simultaneidad: los caracteres evolucionan al mismo tiempo.

REFERENCIAS

Mireia Querol Rovira

¿Sangre fría vs sangre caliente? Ni la una ni la otra

Cuando vamos al cole y en clase de ciencias naturales nos hablan de los diferentes grupos de animales, se nos enseña que a los animales se les puede separar en los que tienen la “sangre caliente” y los que tienen la “sangre fría”. Aunque esto se refiere a los diferentes mecanismos de termorregulación que presentan los animales, esta diferenciación entre sangre caliente y fría no es del todo correcta. En esta entrada os explicaremos de forma más científica los diferentes mecanismos de control de la temperatura que presentan los animales y os pondremos ejemplos de especies que rompen el esquema de sangre fría vs sangre caliente.

¿DE DONDE OBTIENE CALOR EL ANIMAL?

Lo primero que nos debemos preguntar es de donde proviene el calor corporal de un animal. Éste puede venir de dos fuentes diferentes:

Endotermia: La endotermia (“endo”, dentro) es el mecanismo de obtención de calor corporal por producción interna. Los animales endotermos presentan mecanismos metabólicos que generan calor (termogénesis). Estos mecanismos son energéticamente caros, y esto provoca que estos animales tengan requerimientos energéticos y alimenticios elevados.

seal-255522_1280El alcatraz patiazul (Sula nebouxii) y el león marino de las Galápagos (Zalophus wollebaeki) son dos buenos ejemplos de animal endotermo. Foto de Peter Stuart Mill.

Ectotermia: La ectotermia (“ecto”, fuera) se da en animales que obtienen el calor corporal del ambiente, tomando el sol (heliotermia) o colocándose cerca de fuentes de calor como rocas calentadas por el sol (tigmotermia), etc… Éstos no presentan ningún mecanismo metabólico que les permita generar calor internamente, pero presentan estrategias comportamentales para obtener o perder calor. Al no gastar energía en generar calor, sus requerimientos energéticos son más bajos y no necesitan alimentarse tan a menudo como los endotermos.

16. Podarcis liolepisUna lagartija parda (Podarcis liolepis) tomando el sol, es un buen ejemplo de animal ectotermo. Foto de David López Bosch.

Estos dos conceptos sólo se refieren a la fuente de calor, independientemente de si el animal es capaz de regular o no su temperatura interna.

¿LA TEMPERATURA DEL ANIMAL ES CONSTANTE?

Los dos conceptos siguientes hacen referencia a si la temperatura del animal es constante o varía con el tiempo:

Homeotermia: Los homeotermos (“homeo”, igual) controlan su temperatura corporal, haciendo que se mantenga relativamente constante mientras que la temperatura ambiental varía. Por lo tanto, al tener calor interno constante, su actividad no está tan condicionada por las condiciones ambientales.

Homeothermy-poikilothermyRangos de temperatura corporal a la que suelen estar un homeotermo y un poiquilotermo. Mientras que la temperatura de la rata se encuentra normalmente a unos 37oC, la temperatura del lagarto es mucho más variable. Imagen de Petter Bockman.

Poiquilotermia: Los poiquilotermos (“poiquilo”, variada) presentan una temperatura corporal parecida a la del ambiente. Su temperatura interna varía según la temperatura ambiental, y por tanto, su actividad está más condicionada por las condiciones ambientales. Por ejemplo en la Península Ibérica, lagartos y lagartijas tienen una temperatura óptima de actividad de entre unos 33-38oC y las serpientes de entre 28-34oC. Aun así, al sufrir diariamente cambios bruscos de temperatura corporal, en ciertos ambientes tienen ventaja sobre los homeotermos, los cuáles pueden llegar a morir si su temperatura corporal aumenta o disminuye unos pocos grados.

Wiki_stranglesnakeTermograma de una serpiente alrededor de una brazo humano, monstrando como la temperatura de la serpiente és similar a la del ambiente. Foto de Arno.

Pero estos conceptos son relativos. Los animales homeotermos, aun teniendo una temperatura corporal media bastante constante, no presentan exactamente la misma temperatura en todas sus partes del cuerpo (en el tronco y órganos internos la temperatura suele ser superior a la de las extremidades). Igualmente, los animales poiquilotermos no siempre tienen una temperatura exactamente igual a la del ambiente ya que, como la mayoría son ectotermos, pueden aumentar su temperatura mediante fuentes externas de calor.

Cold_nose,_warm_touch_-_Thermography_of_CatTermograma de un gato, mostrando que los animales homeotermos no presentan la misma temperatura exacta en diferentes partes del cuerpo. Fotos de Yellowcloud.

Según estas cuatro definiciones, aves y mamíferos serían endotermos (generan calor metabólico) y homeotermos (su temperatura es constante) mientras que reptiles, anfibios y el resto de animales serían ectotermos (obtienen calor de fuentes externas) y poiquilotermos (su temperatura varía con la del ambiente). Pero a la práctica, esta división no supone una barrera infranqueable. A continuación os explicaremos ejemplos de animales que hacen que la línea que separa estos cuatro conceptos quede aún más desdibujada.

HETEROTERMIA

La heterotermia (“hetero”, diferente) se da en animales que pueden pasar de la endotermia a la ectotermia. Ésta se suele dar en aves y mamíferos pequeños, con tasas metabólicas altas (muy activos y con requerimientos energéticos altos) que reducen su temperatura durante períodos de inactividad. Estos períodos de inactividad pueden ser anuales o diarios.

Bear_hibernatingOso negro americano (Ursus americanus) hibernando con sus cachorros. Foto de National Park Service.

Los períodos de inactividad anuales son conocidos como hibernación (o estivación si se dan en verano). La hibernación la suelen llevar a cabo mamíferos típicamente endotermos como las ardillas, pequeños primates, erizos y muchos marsupiales. Los osos aunque también hibernan y disminuyen su metabolismo, no sufren un descenso tan brusco de temperatura corporal (ésta solo disminuye uno o dos grados).

Fat-tailed_Dwarf_Lemur,_Kirindy,_MadagascarEl lémur enano de cola gruesa (Cheirogaleus medius) normalmente estiva durante la temporada seca malgache. Foto de Frank Vassen

Durante la hibernación la tasa metabólica de estos animales se reduce drásticamente y por lo tanto, dejan de regular su temperatura corporal, igualándose con la ambiental (por eso los mamíferos hibernadores buscan refugio en lugares donde la temperatura no sea tan baja como en el exterior). Animales típicamente homeotermos y endotermos, cuando no pueden encontrar suficiente alimento, pasan a un estado de poiquilotermia y ectotermia para ahorrar energía.

F1.largeGráfico de la variación de temperatura corporal durante el torpor diario del hámster dorado (Mesocricetus auratus). Fuente Fatemeh Talaei et al.

Otros animales homeotermos pasan por períodos de poiquilotermia diarios conocidos como torpor, durante los cuáles su metabolismo se reduce. Esto se da típicamente en muchas especies de murciélagos, los cuales tienen una alta temperatura constante durante la noche (cuando están activos) pero ésta disminuye drásticamente durante el día (cuando están durmiendo). Aun así, al dormir durante el día cuando las temperaturas son más altas, su temperatura no disminuye tanto como si durmiesen de noche.

Cluster_of_hibernating_virginia_big_eared_batsCúmulo de murciélagos de orejas grandes de Virginia (Corynorhinus townsendii) hibernando. Los murciélagos suelen congregarse durante la hibernació, para ayudarse a mantenerse calientes en las estaciones más frías. Foto de Stihler Craig, U.S. Fish and Wildlife Service.

Los colibríes también pueden bajar mucho su temperatura corporal durante la noche, aunque en éstos depende de la cantidad de néctar que hayan consumido durante el día. Los colibríes se alimentan exclusivamente de néctar, que está formado principalmente de sacarosa, la cual no se puede almacenar en el organismo y por lo tanto pasa directamente a la sangre y los tejidos. Esto hace que los colibríes tengan un metabolismo muy alto y que necesiten alimentarse muy a menudo para mantener su actividad el día siguiente.

Purple-throated_carib_hummingbird_feedingZumbador de garganta roja (Eulampis jugularis) alimentándose de néctar. Foto de Charles J. Sharp.

Si durante el día han sido capaces de obtener mucho néctar, durante la noche pueden mantener su temperatura típica de 39oC. En cambio, si durante el día no han conseguido suficiente néctar, por la noche entran en un estado de torpor, en que el metabolismo se reduce mucho y la temperatura corporal baja hasta los 12-17oC. Esto les permite ahorrar energía para así poder seguir buscando néctar el día siguiente.

Vídeo de un colibrí que ha entrado en estado de torpor durante la noche en un comedero artificial en Tennessee. Vídeo de Chip Curley.

Después tenemos el caso de la rata topo desnuda (Heterocephalus lager), un roedor del África oriental que es el único mamífero poiquilotermo conocido. La temperatura corporal de la rata topo desnuda es igual a la temperatura ambiental. Aun así, en un estudio se ha visto que aunque la temperatura de la rata topo desnuda es idéntica a la ambiental entre los 12-36oC (ya que no termoregula), a partir de los 28oC su metabolismo se vuelve homeotermo, aunque no se sabe muy bien como genera o regula su temperatura.

Angry female naked mole rat. Credit: Buffenstein/Barshop Institute/UTHSCSAHembra de rata topo desnuda (Heterocephalus lager). Foto de Jedimentat44.

ENDOTERMIA REGIONAL Y FACULTATIVA

Finalmente, hay animales típicamente ectotermos que pueden generar calor y aumentar su temperatura corporal mediante diferentes estrategias adaptativas. La mayoría de estos animales utilizan su actividad muscular para generar calor corporal.

Muchas especies de peces oceánicos presentan un complejo de venas y arterias llamado rete mirabile. Este complejo se encuentra principalmente en mamíferos y aves, y es un sistema de intercambio contracorriente (arteria-vena) que sirve para igualar diferentes parámetros (temperatura, pH o concentración de distintos gases) en diferentes partes del cuerpo.

8041255171_bf47050eef_oDibujo sobre el funcionamento del rete mirabile. Las flechas naranjas y gruesas indican el intercambio de calor que retorna al cuerpo. Imagen de Arne Hendriks.

A muchos peces oceánicos como los tiburones, los atunes y los peces espada, este sistema les permite aumentar su temperatura corporal, ya que su musculatura interna es muy potente y tiene una temperatura muy alta. El rete mirabile les permite repartir por todo su cuerpo y retener el calor generado mientras nadan, convirtiéndolos prácticamente en endotermos.

Rete_Mirabile_04Dibujo en el que se puede ver la alta temperatura de la musculatura interna de un tiburón. Dibujo de Vittorio Gabriotti.

De hecho, los llamados opah (peces del género Lampris) son los primeros peces descubiertos que son completamente endotermos, ya que gracias a su rete mirabile localizado en las branquias y a una capa de grasa que les recubre el cuerpo y les aísla del exterior, pueden mantenerse a una temperatura unos 5oC más elevada que el agua. Aun así no son homeotermos, ya que su temperatura aún puede variar según la ambiental.

Opah_6Foto de un opah (Lampris guttatus). Foto de USA NOAA Fisheries Southwest Fisheries Science Center.

El calentamiento por acción muscular no es exclusivo de los peces. Los mamíferos también temblamos cuando estamos en riesgo de hipotermia, ya que la contracción muscular genera calor. Aunque no se puede decir que tiemblen de frío, muchos insectos y algunos reptiles también utilizan la actividad muscular para aumentar su temperatura. Los insectos, cuando necesitan activar su metabolismo, aletean bruscamente sin volar para aumentar su temperatura. Esto, juntamente con un sistema contracorriente (parecido al rete mirabile), hace que la temperatura corporal del insecto aumente considerablemente respecto a la del ambiente.

Insect_warm-upTermogramas de un insecto incrementando su temperatura corporal aleteando. Fotos de Crespo J.

De la misma forma, algunos reptiles pueden generar calor. Muchas pitones incuban los huevos después de ponerlos. Para hacerlo, se enrollan alrededor de los huevos y contraen voluntariamente sus músculos corporales para aumentar la temperatura de su puesta.

Female_Python_sebae_brooding_eggs_Tropicario,_FINPitón de Seba (Python sebae) incubando su puesta. Foto de Tropicario.

Hemos visto mamíferos y pájaros que disminuyen su temperatura, peces que generan calor, roedores que no termorregulan y reptiles e insectos que se calientan moviéndose. Como habéis podido comprobar, cada especie es un ejemplo único de adaptación a su hábitat y, aunque para la clase de primaria puede resultar útil, dividir  los animales entre los de sangre caliente y sangre fría no siempre es lo más idóneo.

REFERENCIAS

Para la elaboración de esta entrada se han utilizado las siguientes fuentes:

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