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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Imagen de David Labonte

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

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

Gran diversidad de estrategias

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

Para conseguirlo, existen diferentes estrategias.

Diversidad de estructuras adhesivas. Imagen de David Labonte.

1) Adhesión húmeda

Interviene una sustancia líquida.

Insectos

Los insectos presentan dos sistemas:

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

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

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

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

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

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

Ranas arborícolas

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

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

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

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

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

Pósums

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

Acrobates pygmaeus. Imagen de Roland Seitre.

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

2) Adhesión seca

No intervienen líquidos.

Arañas y geckos

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

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

Pata de una araña cubierta de setas. Imagen de Michael Pankratz.

Diversidad de patas de geckos. Imagen de Kellar Autumn.

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

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

Succión

Murciélagos

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

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

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

Imagen de portada de autor desconocido. Fuente: link.

El cambio de color en los camaleones: un arcoiris de emociones

Muchos consideran a los camaleones como los maestros del camuflaje. Su habilidad para cambiar de color parece indicar que estos animales han evolucionado para confundirse con el entorno y engañar a sus depredadores. Pero, ¿Qué me diríais si os dijera que el camuflaje no es la función principal del cambio de color para los camaleones? En esta nueva entrada, aparte de explicar cómo cambian de color los camaleones, os mostraremos cómo estos crípticos animales utilizan el cambio de color para una gran variedad de funciones.

MITOS ACERCA DE LOS CAMALEONES

Los camaleones (familia Chamaeleonidae) son lagartos extremadamente crípticos, ya que su coloración suele ser muy parecida a la de su hábitat. Además de esto, muchas especies de camaleones presentan una increíble capacidad para cambiar de color activamente, haciendo que su camuflaje sea aún más complejo.

Hembra de camaleón de cuerno blando de Usambara (Kinyongia tenuis) con una llamativa coloración anaranjada. Foto de Keultjes.

Existe mucha confusión respecto a las habilidades de cambio de color de los camaleones. Aquí tenéis desmentidos algunos mitos sobre los camaleones:

• Las diferentes especies de camaleones pueden cambiar a un rango de colores limitado.
• Los camaleones no cambian de color drásticamente sino que, lo hacen sutilmente. Si lo hicieran, serían muy fáciles de detectar para sus depredadores.
• Los camaleones no cambian de color según lo que tocan sino, que como veremos a continuación, sus motivos son mucho más complejos.

Video de Viralweek en que se da una idea equivocada de cómo cambia de color un camaleón de Yemen (Chamaeleo calyptratus).

Pero, ¿Cómo cambian de color los camaleones? Muchos otros animales, como los cefalópodos y algunos peces y lagartos, también presentan la capacidad de cambiar de color. En la mayoría de casos, esto lo consiguen mediante los cromatóforos, un tipo de células pigmentarias que se encuentran en animales ectotermos. En los animales que cambian de color, los cromatóforos se encuentran distribuidos en varias capas y tienen la capacidad de contraerse, extenderse, agregarse y dispersarse, provocando distintas variaciones de coloración.

Detalle de los cromatóforos de una sepia, por Minette Layne. Según estén contraídos o distendidos, se aprecia un color u otro.

Durante mucho tiempo se pensó que los camaleones cambiaban de color únicamente mediante los cromatóforos. Pero, recientemente, un estudio demostró que los camaleones llevan el cambio de color al extremo. Este estudio fue llevado a cabo por un equipo de biólogos y físicos, cuando éstos se dieron cuenta de una cosa: ¡los camaleones no presentan ningún pigmento verde en la piel!

PIGMENTOS Y CRISTALES

Para explicar cómo cambian de color los camaleones, primero debemos distinguir dos tipos diferentes de coloración en los animales: color pigmentario y color estructural. El color pigmentario es el más común, ya que es el que presenta un organismo debido a distintos pigmentos presentes en sus tejidos (como la melanina en los seres humanos). En cambio, como ya explicamos en un artículo anterior, el color estructural se genera por refracción de la luz con ciertas microestructuras de la piel.

Imagen de un escarabajo boca arriba en el que se aprecian varios colores estructurales. Foto de David López.

¿Y qué ocurre en los camaleones? Pues una combinación de los dos mecanismos. Los camaleones presentan cromatóforos de color negro, rojo y amarillo que pueden contraer y extender voluntariamente. Además, en un estudio llevado a cabo con camaleones pantera (Furcifer pardalis), se ha visto que también presentan dos capas de células con nanocristales de guanina llamadas iridióforos que reflejan la luz. La coloración verde de un camaleón se genera entonces, por la luz azul reflejada por los iridióforos que atraviesa los cromatóforos amarillos más externos.

Esquema de una sección de la piel de un camaleón donde se ven los iridióforos (azul) con las capas de nanocristales y los distintos tipos de cromatóforos; xantóforos (amarillo), eritróforos (rojo) y melanóforos (negro). Imagen de David López.

Los camaleones además, presentan una serie de circuitos neurológicos que les permiten controlar la composición y la distancia entre sí de los nanocristales de los iridióforos de diferentes partes de su cuerpo. Esto provoca que puedan controlar la longitud de onda de la luz reflejada por los iridióforos y por lo tanto el color. Combinado con los cromatóforos, las distintas especies de camaleones pueden abarcar gran parte de los colores del espectro visible.

Diferencias de coloración del camaleón pantera cuando está relajado y cuando está excitado y su relación con la composición y distribución de los nanocristales de los iridióforos. Imagen extraída de Teyssier & Saenko.

¿PARA QUÉ CAMBIAR DE COLOR?

Aunque existen otras especies de escamosos que pueden cambiar de color, esto suele deberse a una respuesta fisiológica a la termorregulación, a momentos de excitación o a cambios relacionados con la reproducción. Los camaleones además, tienen una parte importante de su sistema nervioso dedicada a cambiar de color rápida, consciente y reversiblemente. Pueden incluso cambiar a colores distintos distintas regiones de la piel y mientras una se vuelve más naranja o roja, otra se vuelve más blanca o azul, creando contrastes y efectos de color muy llamativos.

Pero entonces, ¿para qué cambian de color los camaleones? Pues la verdad es que las habilidades caleidoscópicas de estos lagartos tienen varias funciones diferentes, variando entre las distintas especies.

CAMUFLAJE

El motivo más obvio (aunque no el principal) es el camuflaje. Aunque la coloración estándar de la mayoría de especies de camaleones ya es suficientemente críptica, en caso necesario los camaleones son capaces de confundirse aún más con su entorno. Esto les ayuda a no ser detectados por sus presas, aunque el motivo principal es pasar desapercibidos a sus depredadores.

Camaleón común (Chamaeleo chamaeleon) perfectamente camuflado en su entorno. Foto de Javier Ábalos Álvarez.

Además, en un estudio llevado a cabo con camaleones enanos de Smith (Bradypodion taeniabronchum) se comprobó que éstos eran capaces de ajustar el grado de cambio de color a las capacidades visuales de sus depredadores. Aves y serpientes se alimentan de camaleones pero, mientras que las primeras tienen una buena percepción de las formas y los colores, las segundas no tienen una visión tan aguda. Se ha visto que los camaleones enanos de Smith muestran cambios de color mucho más convincentes ante la presencia de un ave depredadora, que ante una serpiente.

Fotos de un camaleón enano de Smith camuflándose ante dos depredadores falsos, un alcaudón y una mamba. Foto de Devi Stuart-Fox.

TERMORREGULACIÓN

Los camaleones son ectotermos y como la mayoría de reptiles, dependen de fuentes externas de calor. Además de los iridióforos más superficiales (llamados iridióforos-S), los camaleones tienen una segunda capa más profunda de iridióforos llamados iridióforos-D, que (aunque presentan una estructura de nanocristales más desordenada y que no puede ser modificada) reflejan altamente la luz infrarroja, y se cree que seguramente tengan alguna función relacionada con la termorregulación. Muchos otros lagartos también presentan una capa de iridióforos parecidos a los iridióforos-D.

Además de los iridióforos-D, los camaleones cambian a colores más oscuros o más claros para regular hasta cierto punto su temperatura corporal. Esto se hace especialmente patente en las especies que viven en los hábitats con climas más extremos. Como ya explicamos en una entrada anterior, el camaleón de Namaqua (Chamaeleo namaquensis), que habita en los desiertos del suroeste de África, presenta un color casi completamente negro a primeras horas de la mañana para absorber la máxima cantidad de calor, mientras que en las horas más calurosas muestra una coloración blanquecina, para reflejar al máximo la radiación solar.

Dos patrones de coloración distintos en el camaleón de Namaqua, uno más claro (foto de Hans Stieglitz) y otro más oscuro (foto de Laika ac).

COMUNICACIÓN

La principal función del cambio de color en los camaleones es la comunicación intraespecífica. Los camaleones usan distintos patrones de color conocidos como libreas, que cambian para transmitir información a otros individuos de su misma especie como su grado de estrés, su estado reproductor o de salud… La coloración estándar de un camaleón suele ser parecida a la de su hábitat. Por lo tanto, esta coloración suele indicar un buen estado de salud, mientras que si se encuentran enfermos o tienen algún problema físico, suelen mostrar libreas más pálidas y apagadas.

Libreas de dominancia y sumisión de tres especies de camaleón enano (Bradypodion sp.) Imagen de Adnan Moussalli & Devi Stuart-Fox.

En muchas especies, las hembras presentan libreas más llamativas y contrastadas cuando están en celo, mientras que se muestran de un color oscuro tras ser fecundadas. Al ver estas señales, los machos pueden saber qué hembras se encuentran disponibles y con qué hembras más vale ahorrarse el esfuerzo. Los machos también presentan libreas más llamativas durante la época de reproducción, para indicar sus intenciones a las hembras y para advertir a sus rivales.

Hembra de camaleón de línea blanca (Furcifer lateralis) con una librea que indica que ya está preñada y no le interesa aparearse. Foto de Bernard Dupont.

Finalmente, fuera de la época de reproducción, todos los camaleones utilizan sus libreas más coloridas en los encuentros con rivales de su misma especie. Es en estas situaciones cuando los camaleones muestran colores más contrastados, además  de hincharse y mostrarse más grandes y agresivos para ahuyentar a sus rivales.

Vídeo de un camaleón pantera (Furcifer pardalis) mostrándose agresivo con un supuesto “rival”. Vídeo de The White Mike Posner.

Como acabamos de ver, la variedad de coloraciones entre las distintas especies de camaleones es enorme. Aun así, estas increíbles habilidades no han salvado a los camaleones de la lista de especies amenazadas, ya que muchas de ellas se encuentran en peligro, principalmente por la destrucción de su hábitat para la industria maderera y por su captura para el tráfico ilegal de animales exóticos. Esperemos que con una mayor concienciación sobre estos espectaculares y coloridos lagartos, las generaciones futuras puedan deleitarse con los cambios de color de los camaleones durante mucho tiempo.

REFERENCIAS

Las siguientes fuentes se han utilizado durante la elaboración de esta entrada:

• Masó & Pijoan (2011). Anfibios y Reptiles de la Península Ibérica, Baleares y Canarias. Ediciones Omega.
• Teyssier, Saenko et al. (2015). Photonic crystals cause active color change in chameleons. Nature communications Vol. 6. Pp 6368.
• Stuart-Fox & Moussalli (2008). Selection for Social Signalling Drives the Evolution of Chameleon Colour Change. PLoS Biol Vol. 6.
• Ligon & McGraw (2013). Chameleons communicate with complex color changes during contests: different body regions convey different information. The Royal Society.
• Russel A. Ligon (2014). Defeated chameleons darken dynamically during dyadic disputes to decrease danger from dominants. Behav Ecol Sociobiol Vol. 68. Pp: 1007.
• New Scientist. Chameleons fine-tune camouflage to predator’s vision.
• Imagen de portada de Tambako the Jaguar.

Tuatara: reintroducción de un fósil viviente

En Nueva Zelanda existe un reptil cuyo linaje surgió en la época de los dinosaurios. Aunque su aspecto externo se parece al de un lagarto, el tuatara (cuyo nombre significa “espalda espinosa” en lengua maorí) es un animal con muchas características únicas que hacen que se le clasifique en un orden propio separado del resto de reptiles. En esta entrada os explicaremos las principales características de esta reliquia del pasado tan interesante como amenazada.

ORIGEN Y EVOLUCIÓN

Los tuataras son unos reptiles inusuales cuyo linaje se remonta a hace 240 millones de años, a mitades del periodo Triásico. Los tuataras son lepidosaurios, aunque forman un linaje distinto a los escamosos, por lo que se encuentran en su propio orden, los rincocéfalos (orden Rhynchocephalia). Muchas especies florecieron durante el Mesozoico, aunque prácticamente todas fueron reemplazadas por los escamosos. A finales del Mesozoico solo quedaba una familia, los Sphenodontidae.

Fósil de Homoeosaurus, un pariente extinto de los tuataras. Foto de Haplochromis.

De todos los esfenodóntidos que existieron, solo los tuataras han sobrevivido hasta la actualidad. Tradicionalmente se consideraba que los tuataras incluían dos especies: el tuatara común (Sphenodon punctatus) y el tuatara de la Isla Brothers (Sphenodon guntheri), aunque análisis recientes han popularizado la idea de que el tuatara es una única especie, S. punctatus.

ANATOMÍA DEL TUATARA

Como ya hemos comentado, los tuataras se parecen externamente a un lagarto, teniendo cierto parecido con las iguanas. Los machos de tuatara son mayores que las hembras, llegando a los 61 cm de longitud y el quilo de peso, mientras que éstas solo alcanzan los 45 cm y el medio quilo. Los tuataras presentan una hilera de espinas en el dorso que les confiere su nombre común. Ésta es mayor en los machos, y puede erizarse para exhibirse.

Foto hecha por KeresH de un joven macho de tuatara.

Lo que realmente distingue a los tuataras es su anatomía interna. El resto de reptiles han modificado mucho la estructura de su cráneo, pero los tuataras han conservado la estructura diápsida original sin muchos cambios. Mientras que cocodrilos y tortugas han desarrollado cráneos macizos, los tuataras conservan amplias aperturas temporales, y aunque los escamosos han desarrollado cráneos y mandíbulas muy flexibles, los tuataras mantienen un cráneo rígido. Además, a diferencia de la mayoría de reptiles, los tuataras no presentan oídos externos.

Imagen modificada del dibujo de Nobu Tamura sobre el cráneo del tuatara. En él vemos las principales características que lo distinguen: 1. Premaxilar en forma de pico, 2. Dientes acrodontos fusionados a las mandíbulas, 3. Amplias aperturas temporales típicamente diápsidas y 4. Apertura parietal o pineal.

El nombre Rhynchocephalia significa “cabeza de pico” y se refiere a la estructura de pico de su premaxilar. Los tuataras también son de los pocos reptiles con dientes acrodontos, los cuáles se encuentran fusionados al maxilar y la mandíbula y no se renuevan. Además, presentan un movimiento mandibular único tipo sierra, moviendo la mandíbula adelante y atrás.

Vídeo de YouOriginal, de unos tuataras en cautividad alimentándose. En este vídeo podemos apreciar el movimiento singular de la mandíbula.

Finalmente, una de las características anatómicas más increíbles de los tuataras es que éstos conservan el ojo parietal o pineal. Ésta es una estructura reminiscente de los primeros tetrápodos, conectada con la glándula pineal y que está involucrada en la regulación de la temperatura y los ritmos circadianos. Aunque algunos otros animales también lo conservan, los tuataras presentan un auténtico tercer ojo, con una retina y cristalino completos, aunque éste se va cubriendo de escamas con la edad.

HÁBITAT Y BIOLOGÍA

Los tuataras viven en unos treinta islotes en el estrecho de Cook, entre las dos islas principales de Nueva Zelanda. Además, la antigua especie S. guntheri se encuentra en la isla de Brothers, en la parte nororiental de isla Sur. Todas las poblaciones viven en zonas boscosas o de matorral costeras, con suelos blandos donde poder cavar. Además, en gran parte de su área de distribución existen colonias de aves marinas, cuyos nidos son aprovechados por los tuataras.

Foto de Satoru Kikuchi de un típico bosque húmedo neozelandés.

Comparados con la mayoría de reptiles, los tuataras viven en hábitats relativamente fríos, con temperaturas anuales que oscilan entre los 5 y los 28°C. Los tuataras son principalmente nocturnos, saliendo de sus madrigueras normalmente por la noche, aunque a veces se les puede encontrar tomando el sol a pleno día (especialmente en invierno).

Los tuataras tienen pocos depredadores naturales. Aparte de algunos animales introducidos, sólo las gaviotas y algunas aves de presa presentan un peligro para estos reptiles. Su dieta, en cambio, es bastante variada. Siendo depredadores que esperan a que sus presas les pasen por delante, los tuataras se alimentan principalmente de invertebrados como escarabajos, grillos y arañas, aunque puede llegar a depredar pequeños lagartos, huevos y polluelos de aves, e incluso a tuataras más pequeños. Como sus dientes acrodontos no se renuevan, éstos se van desgastando al cabo del tiempo, por lo que los ejemplares más viejos suelen alimentarse de presas más blandas como caracoles y gusanos.

Los tuataras se reproducen entre enero y marzo (verano), momento en el que los territoriales machos compiten por las hembras, las cuáles pondrán unos 18-19 huevos entre octubre y diciembre (primavera). El sexo de las crías dependerá de la temperatura de incubación (machos a temperaturas más altas, hembras a más bajas). Los huevos eclosionarán al cabo de 11-16 meses (uno de los tiempos de incubación más largos de todos los reptiles), de los que saldrán pequeños tuataras que evitarán a los adultos caníbales siendo principalmente diurnos.

Vídeo único del nacimiento de un tuatara en la Victoria University de Wellington. La marca translúcida de la cabeza del pequeño tuatara corresponde al ojo parietal.

Como ya hemos visto por su largo período de incubación, los tuataras se desarrollan lentamente. Estos reptiles no llegarán a la madurez sexual hasta pasados los 12 años, aunque siguen creciendo a partir de entonces. Además, los tuataras son animales muy longevos, llegando a vivir hasta más de 60 años en estado salvaje. En cautividad pueden llegar a superar los 100 años de edad.

CONSERVACIÓN Y AMENAZAS

Antes de la llegada del hombre, los tuataras estaban presentes en las dos islas principales de Nueva Zelanda y en muchos más islotes. Cuando los colonos europeos llegaron, los tuataras ya sólo se encontraban en unas 32 pequeñas islas. Se cree que la desaparición de los tuataras de las islas principales se debe principalmente a la destrucción del hábitat y a la introducción de mamíferos foráneos como las ratas. Otras amenazas son la baja diversidad genética por el aislamiento de las distintas poblaciones y el cambio climático, que puede afectar al sexo de la descendencia.

Mapa de la distribución actual de los tuataras. Los cuadrados corresponden a la antigua especie Sphenodon guntheri, ahora considerada una población de S. punctatus.

Cuando el ser humano llegó a las islas, se cree que el 80% de Nueva Zelanda estaba cubierta de bosques. Con la llegada de las primeras tribus polinesias hacia el año 1250, empezó la deforestación de más de la mitad del archipiélago. Siglos después, con la llegada de los europeos, esta deforestación se intensificó aún más, hasta la situación actual, que solo se conserva el 23% del bosque original.

Foto de Cliff de una rata del Pacífico (Rattus exulans), una de las principales amenazas para los tuataras.

La introducción de mamíferos foráneos ha sido uno de los principales factores de declive de los tuataras en la actualidad, en especial la introducción de la rata del Pacífico (Rattus exulans). Este roedor ha afectado a las poblaciones, no solo de tuataras, sino también las de muchas especies de aves endémicas de Nueva Zelanda. En estudios de convivencia entre las ratas y los tuataras, se ha observado que las ratas, además de depredar sobre huevos y juveniles, también compiten con los tuataras adultos por los recursos. Con un ciclo vital tan lento, los tuataras no pueden recuperarse de este impacto.

Foto de Br3nda de un tuatara reintroducido y marcado.

Aun así, actualmente los tuataras están clasificados como bajo “preocupación menor” en la lista roja de la IUCN. Esto es gracias a los grandes esfuerzos de grupos conservacionistas que han contribuido a la recuperación de esta especie. Una de las principales tareas ha sido la eliminación de la rata del Pacífico de las principales islas donde habitan los tuataras. Para ello, se realizó un esfuerzo titánico en muchas islas en las que se capturaron poblaciones enteras de tuataras para la reproducción en cautividad, mientras se eliminaba a las ratas de dichas islas. Una vez eliminada su principal amenaza, todos los individuos capturados y sus descendientes nacidos en cautividad fueron devueltos a sus hábitats naturales para que pudieran vivir sin este fiero competidor.

Vídeo de Carla Braun-Elwert, sobre el éxito reproductor de una vieja pareja de tuataras.

Actualmente, la población salvaje de tuataras se estima entre los 60.000 y los 100.000 individuos. Se puede decir que este fósil viviente, que estuvo a punto de desaparecer después de millones de años de existencia, recibió una segunda oportunidad para seguir habitando las increíbles islas neozelandesas. Esperemos que en el futuro, podamos seguir disfrutando de la existencia de estos reptiles, únicos supervivientes de un linaje prácticamente extinto por muchos siglos más.

REFERENCIAS

Se han consultado las siguientes fuentes durante la elaboración de esta entrada:

• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• Arkive. Tuatara (Sphenodon punctatus).
• The Reptile Database. Sphenodon punctatus.
• Department of Conservation, Te Papa Atawhai. Tuatara.
• Imagen de portada de Michal Klajban.

Reptiles del desierto

Los desiertos son unos de los hábitats más extremos del planeta. El del Sahara, el del Gobi y el de Sonora son ejemplos de algunos de los desiertos cálidos donde las altas temperaturas y la falta de agua suponen un gran reto para los animales que allí viven. Los reptiles son uno de los grupos de animales que presentan las adaptaciones más increíbles para la vida en el desierto. En esta entrada os explicaremos los problemas a los que se enfrentan los reptiles que allí viven, y os presentaremos diferentes especies de serpientes y lagartos que han encontrado su hogar en el desierto.

LOS REPTILES EN EL DESIERTO

La característica que une a todos los desiertos es la escasa precipitación ya que, contrariamente a lo que mucha gente piensa, no todos los desiertos presentan temperaturas altas (existen también los desiertos fríos, como el desierto Ártico y el Antártico, ambos en peligro por el cambio climático). Los reptiles son más abundantes en los desiertos cálidos que en los fríos, ya que las bajas temperaturas les impedirían llevar a cabo su actividad vital.

Mapa por Vzb83 de los desiertos cálidos, áridos y semiáridos, del mundo.

Los desiertos cálidos no siempre tienen temperaturas extremadamente altas. Mientras que durante el día las temperaturas pueden llegar a sobrepasar los 45°C, cuando se pone el  sol las temperaturas pueden llegar a descender hasta debajo del punto de congelación, creando oscilaciones diarias de hasta 22°C. Los diferentes reptiles del desierto, al ser poiquilotermos y ectotermos, utilizan diferentes estrategias comportamentales con tal de evitar el sobrecalentamiento durante el día y conservar la temperatura durante la noche (por ejemplo, subiéndose a zonas elevadas o durmiendo en madrigueras).

El camaleón de Namaqua (Chamaleo namaquensis) regula su temperatura corporal cambiando de color. A las primeras horas de sol es de color negro para absorber el máximo de radiación y activar su metabolismo. Cuando las temperaturas aumentan demasiado, se vuelve de color blanco para reflejar la radiación solar. Vídeo de la BBC.

Como ya hemos dicho, la principal característica de cualquier desierto es la falta de agua. En general, en un desierto caen menos de 250 mm de agua al año. La piel escamosa e impermeable de los reptiles evita la pérdida de agua y sus excrementos contienen ácido úrico que, comparado con la urea, es mucho menos soluble en el agua, haciendo que retengan más líquidos. La mayoría de reptiles de los desiertos extraen el agua que necesitan del alimento y algunos beben agua del rocío.

Tanto las temperaturas extremas como las pocas precipitaciones hacen que en los desiertos generalmente haya poca vida. La vegetación es escasa y los animales suelen ser pequeños y discretos. Esta falta de recursos hace que los reptiles del desierto sean más bien pequeños comparados con sus parientes de ambientes más benévolos. Además estos saurios suelen ser animales que aprovechan cualquier alimento disponible, aunque se lo piensan dos veces a la hora de gastar su valiosa energía para conseguir su siguiente comida.

SERPIENTES DE LA ARENA

En muchos desiertos arenosos encontramos varias especies de serpientes (y de lagartos ápodos) que se han adaptado a la vida entre las dunas. Muchos de estos ofidios comparten un método de desplazamiento llamado “a golpes laterales” (en inglés “sidewinding”), en el cual levantan la cabeza y cuello del suelo y los mueven lateralmente, mientras el resto del cuerpo se queda en el suelo. Cuando vuelven a poner la cabeza en el suelo, el cuerpo se levanta haciendo que las serpientes se desplacen lateralmente en un ángulo de 45°. Este método de locomoción hace que las serpientes de los desiertos se desplacen de forma muy eficaz en un terreno inestable. Además, también minimiza el contacto con un sustrato extremamente caliente, ya que el cuerpo de estos ofidios solo toca el suelo en dos puntos en todo momento.

Como vemos en este vídeo de RoyalPanthera, el “sidewinding” permite a las serpientes del desierto desplazarse minimizando el contacto con el suelo caliente.

Muchos ofidios del desierto se entierran en la arena tanto para evitar la insolación como para camuflarse y sorprender a sus presas. Esto ha hecho que muchas serpientes desertícolas sean sensibles a las vibraciones generadas por sus presas al moverse por la arena. Además algunas especies presentan la escama rostral (la escama de la punta del hocico) más gruesa y desarrollada para ayudarlas a excavar en terrenos arenosos.

Un ejemplo de esto son las serpientes del género Heterodon, conocidas también como serpientes hocico de cerdo, ya que presentan la escama rostral elevada dándole a su hocico una forma característica. Foto de Heterodon nasicus por Dawson.

Las víboras cornudas del género Cerastes también presentan varias características que les facilitan la vida en los desiertos. Estas víboras evitan las altas temperaturas siendo activos durante la noche y pasan el día enterrados en la arena. Su método de caza consiste en enterrarse esperando a que pase una presa, ahorrando así el máximo de energía. Se cree que sus escamas supraoculares en forma de cuerno les sirven para evitar que la arena cubra sus ojos cuando están enterradas.

Foto de Tambako The Jaguar de una víbora cornuda del Sahara (Cerastes vipera), especie del Norte de África y la Península del Sinaí.

CRIATURAS ESPINOSAS

En diferentes desiertos del mundo encontramos reptiles que tienen el cuerpo recubierto de espinas. Esto, no solo les proporciona cierta protección contra los depredadores, sino que además los camufla en un ambiente donde abundan las plantas espinosas. Dos de estos animales son miembros del suborden Iguania: el diablo espinoso y los lagartos cornudos.

Foto de un diablo espinoso (Moloch horridus) por Christopher Watson.

El diablo espinoso (Moloch horridus) es un agámido que vive en desiertos arenosos de Australia. Este lagarto presenta espinas por todo el cuerpo que lo hacen difícil de tragar para sus depredadores. También presenta una protuberancia detrás de la cabeza que actúa como almacén de grasa. Cuando se siente amenazado, esconde su cabeza auténtica entre las patas y muestra la protuberancia del cuello como una cabeza falsa. Probablemente la adaptación más interesante de este animal es el sistema de pequeños canales que presenta entre las escamas, los cuales recogen toda agua que entra en contacto con la piel y la conducen directamente a la boca.

Los lagartos cornudos (género Phrynosoma, conocidos también como “sapos cornudos”) son iguánidos que se encuentran en diferentes hábitats áridos de América del Norte. De forma similar al diablo espinoso, sus cuerpos recubiertos de espinas los hacen difíciles de tragar para los depredadores. Además, al ser atrapados hinchan su cuerpo para dificultarles aún más la tarea. Finalmente, algunas especies como el lagarto cornudo de Texas (Phrynosoma cornutum) son conocidos por su capacidad de autohemorragia: cuando se ven acorralados pueden eyectar un chorro de sangre apestosa del ojo que ahuyenta a la mayoría de depredadores.

Foto del U.S. Fish & Wildlife Service de un lagarto cornudo de Texas (Phrynosoma cornutum).

Como podéis ver, en los desiertos podemos encontrar reptiles con algunas de las adaptaciones más ingeniosas (y asquerosas) del mundo. Estos son sólo unos pocos ejemplos de la increíble diversidad de saurios que encontramos por los desiertos del mundo, los cuales sólo procuran sobrevivir a las duras condiciones de estos ambientes tan extremos. Aunque a veces, sólo hace falta evitar quemarse los pies con la arena.

Vídeo de BBCWorldwide de un lagarto hocico de pala (Zeros anchietae) haciendo la “danza termal” para disminuir el contacto con la arena caliente.

REFERENCIAS

Se han consultado las siguientes fuentes durante la elaboración de esta entrada:

• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• Digital-Desert. Desert Reptiles.
• Arizona-Sonora Desert Museum. Adaptations of Desert Amphibians & Reptiles.
• In the desert. A comprehensive list of the venomous snakes found in the desert.
• H.E.R.P. Herpetological Education & Research Project.
• Christopher J. Bell, Jim I. Mead & Sandra L. Swift (2009). Cranial osteology of Moloch horridus (Reptilia: Squamata: Agamidae). Records of the Western Australian Museum. Vol 25. Pp: 201-237.
• Horned Lizard Conservation Society.
• Image de portada de Yathin S. Krishnappa.

Monstruos y dragones: Lagartos venenosos

Cuando pensamos en animales venenosos la mayoría de gente piensa en los mismos animales. Arañas, escorpiones y serpientes son los primeros que nos vienen a la cabeza, aunque también hay anfibios, peces y mamíferos venenosos. Aunque las serpientes son los reptiles venenosos más conocidos, con el paso del tiempo se ha visto que no son el único grupo que presenta glándulas venenosas y que muchos otros reptiles también pueden inyectar veneno. En esta entrada daremos a conocer los saurios venenosos menos conocidos e intentaremos explicar su relación con las serpientes.

EVOLUCIÓN DEL VENENO EN REPTILES

Todo el mundo está familiarizado con las capacidades tóxicas de las serpientes. Tradicionalmente se ha creído que el veneno evolucionó independientemente en los diferentes grupos de serpientes venenosas (colúbridos, elápidos y vipéridos) y en una familia de lagartos (los helodermátidos). Aun así, esta visión ha ido cambiando con el tiempo y con el descubrimiento de otras especies de escamosos venenosos.

El veneno de muchos animales es útil tanto para el desarrollo de antídotos, como para la investigación de analgésicos y otros medicamentos. Foto de la extracción de veneno de una víbora gariba (Echis carinatus), de Kalyan Varma (Imagen bajo licencia GNU).

Actualmente se ha comprobado que hay muchas especies de saurios que presentan glándulas y órganos capaces de inyectar veneno, además de muchos otros con material genético relacionado con la producción de veneno (aunque no sean venenosos). Esto ocurre, por ejemplo, en muchas serpientes y lagartos aparentemente no venenosos que retienen material genético asociado a la síntesis de veneno, cosa que ha hecho que muchos científicos agrupen a estos reptiles en un clado común llamado Toxicofera, “portadores de toxinas”.

Este nuevo clado agrupa a diferentes grupos de escamosos que se cree tuvieron un antepasado común venenoso. Estos grupos son:

• Ophidia: Ofidios, las serpientes.

Serpiente lobo de la India (Lycodon aulicus), ejemplo de ofidio. Foto de Shantanu Kuveskar.

• Iguania: Iguanas, agamas y camaleones.

Basilisco marrón (Basiliscus vittatus), ejemplo de iguanio. Foto de Steve Harbula.

• Anguimorpha: Varanos, luciones y otros.

Varano sordo de Borneo (Lanthanotus borneensis), ejemplo de anguimorfo. Foto de Kulbelbolka.

Aunque la mayoría de iguanios y anguimorfos actuales no presentan veneno, la teoría de los Toxicofera propone que muchas especies habrían perdido la capacidad de inyectar veneno secundariamente.

A continuación, os presentamos algunos de los saurios venenosos menos conocidos.

MONSTRUOS DEL NUEVO MUNDO

Los escamosos venenosos más conocidos son los anguimorfos de la familia Helodermatidae. Desde su descubrimiento se supo que estos lagartos eran venenosos, ya que presentan un par de glándulas productoras de venenos en la mandíbula inferior y varios pares de dientes con surcos parecidos a los de las serpientes venenosas, con los cuales inyectan el veneno.

Cráneo de helodermátido, en el que observamos los afilados dientes con los que inyectan el veneno. Imagen de Heloderma.net.

Los helodermátidos son animales carnívoros que se alimentan de pequeños mamíferos, pájaros, lagartos, anfibios, invertebrados, huevos de diferentes animales y carroña. Teniendo en cuenta su dieta generalista y que sus presas son relativamente inofensivas, se cree que el veneno de estos reptiles apareció como un método defensivo, más que como estrategia de caza.

Foto de Walknboston de un monstruo de Gila (Heloderma suspectum), en la que vemos su coloración negra y amarilla con la que avisa a sus depredadores de su toxicidad (coloración aposemática).

El monstruo de Gila y el lagarto moteado mexicano (Heloderma horridum) son animales lentos y por lo tanto no son peligrosos para los seres humanos. Aun así, su popularización como mascotas exótica ha tenido como consecuencia algunos casos de mordiscos. El mordisco del monstruo de Gila provoca un dolor agudo y ardiente, edema local, debilidad, desmayos y náuseas. Aunque la herida suele sangrar bastante, esto no se debe a ningún tipo de sustancia anticoagulante, sino a los afilados dientes de los helodermátidos y al hecho de que para inyectar el veneno tienen que masticar con fuerza al agresor, provocando heridas profundas.

EL DRAGÓN BARBUDO

Los saurios del género Pogona son iguanios de la familia Agamidae. Estos reptiles originarios de Australia se conocen como dragones barbudos por las espinas que presentan en la garganta. Aunque están adaptados a ambientes áridos, la temperatura ambiental puede afectar al sexo de sus crías.

Foto de un dragón barbudo del este, en la que vemos el interior de su boca de color amarillo. ¿Nos estará intentando avisar de algo con esta coloración? Foto de Matt.

Los dragones barbudos son animales inofensivos, pero existe una especie con una arma secreta. El dragón barbudo del este (Pogona barbata) es un lagarto venenoso, mientras que el resto de reptiles venenosos solo presenta un par de glándulas venenosas, el dragón barbudo del este presenta dos pares: dos en la mandíbula superior y dos en la inferior.

Sección transversal de la boca de un dragón barbudo del este, donde se ven las glándulas venenosas incipientes tanto de la mandíbula superior (mxivg) como de la inferior (mnivg). Imagen extraída de Fry, Vidal et al.

El veneno generado es poco potente (en seres humanos solo provoca una ligera hinchazón) y las glándulas se consideran vestigiales. Aun así, según la teoría de los Toxicofera las glándulas del dragón barbudo nos muestran la forma primitiva que habrían presentado las glándulas del primer reptil toxicófero, el cual habría presentado dos pares de glándulas venenosas en vez de un par como la mayoría de escamosos venenosos actuales.

LOS GRANDES VARANOS

Todo el mundo ha oído hablar de los varanos (anguimorfos de la familia Varanidae). Hay centenares de documentales sobre el dragón de Komodo, en los cuales se nos explica que estos animales tienen tal cantidad de bacterias en la boca, que su mordisco provoca una infección suficiente para acabar con la vida de un buey adulto. Aun así, estudios recientes han demostrado que la pobre higiene bucal de los varanos no es lo que provoca la muerte de sus víctimas.

Varano gigante australiano o “perentie” (Varanus giganteus) un varánido típico, con cuello largo, patas robusta, metabolismo activo y sentidos desarrollados. Foto de Bernard Dupont.

Aunque hay tres especies frugívoras, el resto son carnívoros obligados. Siempre se ha dicho que las bacterias de la boca de los varanos son lo que provoca la muerte de sus presas, aunque no haya ningún estudio que lo corrobore. De hecho, en diversos estudios se ha visto que las bacterias de la saliva de los varanos no difieren mucho de las de la saliva de otros reptiles no carnívoros.

Foto donde vemos la temida saliva de los varanos, concretamente de un varano acuático (Varanus salvator). Imagen de Lip Kee.

En un estudio, se vio que varias especies de varanos presentaban glándulas venenosas en la mandíbula inferior. Estas glándulas son de las más complejas de entre todos los reptiles venenosos. En el caso del dragón de Komodo, son glándulas compuestas, con un gran compartimento posterior y cinco pequeños compartimentos anteriores. Estos compartimentos presentan conductos que llevan el veneno hasta aperturas entres los dientes.

Aunque los varánidos están estrechamente emparentados con las serpientes (comparten, por ejemplo, la lengua bífida) éstos no presentan los surcos en los dientes, característicos de los ofidios venenosos y de los helodermátidos. Esto se debe a que, en vez de inyectar el veneno directamente, los varanos utilizan sus dientes aserrados para abrir una gran herida a sus presas, a través de la cual entrará el veneno al organismo.

Cráneo de megalania (Varanus priscus) en el que vemos los dientes sin surcos. Este varano extinto de más de 5 metros de largo, fue el animal venenoso más grande conocido. Steven G. Johnson.

La utilidad del veneno en los varanos depredadores está respaldada por la gran cantidad que producen. En las serpientes constrictoras que no utilizan veneno, los genes que codifican para la síntesis de veneno están atrofiados por la gran cantidad de energía que se gasta en producirlo. Los varanos en cambio, secretan mucho veneno con la mínima estimulación de sus glándulas. Este veneno tiene componentes anticoagulantes que evitan que la herida se cierre, y también produce un choque cardiovascular en el animal por la disminución de la presión sanguínea.

Grupo de varanos de Komodo (Varanus komodoensis) devorando un cerdo recién cazado. Imagen extraída de Bull, Jessop et al.

Aunque aún no sabemos seguro si el antepasado común de estos animales era venenoso, ni si el veneno apareció independientemente en las diferentes familias, la relación de los diferentes miembros del clado Toxicofera ha sido respaldada por análisis filogenéticos posteriores. Lo que está claro es que el veneno es una arma muy potente en la lucha por la supervivencia y que, aunque las serpientes son los reptiles venenosos más numerosos, muchas otras especies de escamosos se han beneficiado del uso de las toxinas, tanto para defenderse como para someter a sus presas.

REFERENCIAS

Se han utilizado las siguientes fuentes para la elaboración de esta entrada:

• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7076/full/nature04328.html
• http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0041010114003353
• http://www.leidenuniv.nl/en/researcharchive/index.php3-c=134.htm
• http://www.heloderma.net/en/heloderma.html
• http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0011097
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2690028/
• Imagen de portada de Rocío Corzo.

El mundo desde los ojos de una serpiente

Imagina que eres una serpiente. Te arrastras arras de suelo, con un cuerpo largo y delgado detrás. No tienes orejas y aunque tus ojos son grandes y están bien desarrollados, no puedes parpadear. Constantemente sacas la lengua, cosa que te informa de todo lo que ha pasado a tu alrededor, especialmente el olor del suculento ratón que llevas días buscando. Los ofidios han sufrido tantas modificaciones corporales que sus sentidos han tenido que adaptarse a su estilo de vida. Con más de 3.000 especies actuales de serpientes es difícil generalizar, pero en esta entrada explicaremos algunas de las adaptaciones sensoriales más curiosas de los ofidios actuales, intentando arrojar algo de luz al mundo de estos animales tan fascinantes e injustamente tratados.

OLFATO: PROBANDO EL AIRE

Uno de los sentidos más desarrollados de los ofidios es el olfato. Es sabido que las serpientes utilizan la lengua para oler el aire y detectar sustancias químicas. Antes se creía que las serpientes sólo utilizaban la lengua para oler y que el epitelio nasal solo servía para activar este mecanismo. Ahora sabemos que las serpientes huelen utilizando tanto la nariz como la lengua, aunque ésta les es más útil en determinadas situaciones.

Imagen de microscopio de un corte transversal del cráneo de una serpiente, en la que se ve el epitelio olfativo, tanto de la cavidad nasal como del órgano vomeronasal. Imagen de Elliott Jacobson.

Las serpientes prueban el aire mediante la lengua y el órgano vomeronasal u órgano de Jacobson. Este órgano no es exclusivo de las serpientes, ya que se encuentra también en otros lagartos, algunas salamandras y en muchos mamíferos. El órgano vomeronasal sirve para detectar sustancias químicas no volátiles (que necesitan contacto directo con el epitelio para ser detectadas) como por ejemplo feromonas o el rastro de una presa.

Esquema de la posición del órgano vomeronasal. Éste se forma durante el desarrollo embrionario a partir de la cavidad nasal y tiene una apertura al paladar. Imagen de Fred the Oyster.

La inconfundible lengua bífida de las serpientes está muy especializada en transportar partículas al órgano vomeronasal. Ésta presenta un seguido de papilas o depresiones (dependiendo de la especie) microscópicas que ayudan a la captación y retención de partículas olorosas. Después lleva esta información hasta el paladar, donde entra en contacto con el órgano vomeronasal.

Los varanos (parientes de las serpientes) también presentan una lengua bífida que les permite oler el aire. Foto de un varano acuático (Varanus salvator) en la India, de Dibyendu Ash.

Las serpientes sacan la lengua al aire o contra alguna superficie para recoger “muestras químicas” del ambiente. Además, se cree que el hecho de que la lengua sea bífida les sirve para detectar mejor la dirección de donde viene el estímulo, ya que la información que obtienen de cada punta de la lengua va a una de las dos cavidades del órgano vomeronasal y viaja hasta el cerebro por vías separadas.

Foto de una culebra de collar (Natrix natrix) sacando la lengua para probar el aire. Imagen de WikiImages.

Las serpientes utilizan esta información química para rastrear presas, buscar pareja y detectar el estado reproductor de otro individuo. Además, en un artículo reciente se ha estudiado como las serpientes (gracias a su sentido del olfato) eran capaces de reconocer a sus hermanos y familiares, escogiéndoles ante un desconocido para compartir sus refugios de hibernación.

OÍDO: ESCUCHAR SIN OÍDOS

El oído es uno de los sentidos menos desarrollados de los ofidios. La falta de oído externo hizo que durante mucho tiempo se pensase que las serpientes eran sordas. Aun así, recientemente se ha comprobado que las serpientes sí que tienen diferentes métodos para detectar diferentes tipos de vibraciones.

Retrato de una pitón de la India (Python molurus) en el que se ve claramente la ausencia de oído externo. Foto de Holger Krisp.

Como ya comentamos en una entrada anterior, las serpientes no presentan ni oído externo ni tímpanos. Aun así, sí que presentan todos los elementos del oído interno característicos de los tetrápodos. Lo que cambia es el método de transmisión de los estímulos vibracionales, que en los ofidios se lleva a cabo mediante un hueso llamado columella.

Esquema del aparato auditivo de una serpiente cualquiera. Imagen de Dan Dourson.

La columella es un pequeño hueso largo y delgado que está atado mediante ligamientos y tejidos cartilaginosos a la parte posterior de la mandíbula superior y se articula con la mandíbula inferior. Las serpientes tienen una a cada lado del cráneo y realizan una función equivalente a los estribos (huesos del oído medio de los mamíferos). Las columellas están completamente envueltas de tejidos de manera que las vibraciones, tanto aéreas como terrestres o acuáticas, son transmitidas a estos huesos, los cuáles se encuentran en contacto con el líquido del oído interno.

Aun así, la sensibilidad de las serpientes a las ondas aéreas es bastante limitada. Por ejemplo, mientras que los seres humanos podemos oír vibraciones aéreas de entre 20 y 20.000 Hz, las serpientes sólo detectan vibraciones entre los 50 y 1.000 Hz. Aún y teniendo un rango auditivo tan limitado, en algunas especies de serpientes se ha visto que el aparato auditivo puede recibir estímulos vibratorios de cualquier parte del cuerpo, ya que éstos se transmiten a través de los tejidos hasta las columellas.

Las serpientes acuáticas como la anaconda (Eunectes murinus) pueden detectar con todo el cuerpo los sonidos de animales moviéndose bajo el agua. Foto de Ddouk.

Aún con las limitaciones que tienen para detectar ondas aéreas, lo que se les da mejor es detectar vibraciones provenientes del suelo o del agua. La mayoría de serpientes pueden detectar con gran precisión la vibración causada por los pasos de una presa apoyando la mandíbula inferior (que está en contacto con las columellas) al sustrato.

La víbora cornuda arábica (Cerastes gasperettii) es una serpiente que vive en desiertos arenosos, donde el terreno permite una gran transmisión de vibraciones terrestres. Imagen de Zuhair Amr.

VISTA: LUZ Y COLOR

Los ojos de las serpientes no difieren mucho de los del resto de vertebrados terrestres. Pero sí que tienen algunas características especiales, debido seguramente a sus orígenes subterráneos o subacuáticos. La mayoría de científicos creen que las serpientes por decirlo de algún modo, tuvieron que “reinventar sus ojos”.

Los ofidios más  primitivos, como esta serpiente ciega europea (Typhlops vermicularis), tienen ojos pequeños y poco desarrollados. Imagen de Kiril Kapustin.

La estructura del ojo es prácticamente igual que en el resto de tetrápodos. Una diferencia es el método de enfoque que, mientras que en el resto de tetrápodos el ojo enfoca cambiando la curvatura del cristalino, las serpientes enfocan moviendo el cristalino adelante y atrás. Además, mientras que casi todos los vertebrados terrestres tienen párpados que protegen el ojo, las serpientes tienen una escama ocular transparente que se renueva cada vez que mudan de piel.

Víbora ratonera (Pantherophis obsoletus) a punto de mudar de piel, momento en que la escama ocular se ve opaca. Foto de Bob Warrick.

Dependiendo del estilo de vida de la serpiente su visión presenta adaptaciones diferentes, aunque en la mayoría de especies la retina presenta tanto bastones (sensibles en condiciones de poca luz) como conos (permiten ver los detalles y el color). Las serpientes subterráneas más primitivas presentan ojos bastante simples, con sólo bastones que les permiten diferenciar la luz de la oscuridad. En cambio la mayoría de serpientes diurnas presentan pupilas redondas con conos y bastones.

Muchas serpientes arborícolas como esta serpiente látigo verde (Ahaetulla nasuta) presentan pupilas horizontales que les permiten aumentar su campo de visión, haciendo que puedan calcular mejor las distancias entre rama y rama. Foto de Shyamal.

Aparte de la luz visible, algunas serpientes pueden ver otras longitudes de onda. Los crótalos y algunos pitonomorfos (pitones y boas) pueden detectar la radiación infrarroja, pudiendo ver la signatura térmica de su alrededor. Esto les resulta extremamente útil para detectar las presas en condiciones de poca luz, ya que pueden percibir su calor corporal.

Fotos de una pitón y un crótalo donde se señalan tanto las narinas (flechas negras) como las cavidades termorreceptoras (flechas rojas). Imagen de Serpent nirvana.

Esto lo consiguen mediante las cavidades termorreceptoras, unas cavidades que han aparecido independientemente en los crótalos y en los pitonomorfos. Mientras que los crótalos sólo presentan un par de fosetas loreales a ambos lados del hocico, los pitonomorfos presentan varias fosetas labiales en el labio superior o en el inferior. Aunque tienen menos, las de los crótalos son más sensibles que las de las pitones.

Esquema de la estructura de la cavidad termorreceptora de un crótalo. Ésta presenta una membrana sensible a los cambios de temperatura, detrás de la cual hay una cámara con aire y nervios sensibles al calor. Este aire se dilata con los incrementos de temperatura y activa el nervio trigémino. Imagen de Serpent nirvana.

Estas fosetas son extremadamente sensibles y pueden detectar cambios de temperatura de hasta 0,001°C. El nervio trigémino llega al cerebro vía el tectum óptico, haciendo que la imagen detectada por los ojos se superponga con la imagen infrarroja de las fosetas. Ésto hace que estas serpientes detecten tanto la luz visible (como nosotros) como la radiación infrarroja, de una forma que a nosotros nos resulta imposible de imaginar.

Vídeo de BBCWorldwide en el que se nos explica como una cascabel de los bosques (Crotalus horridus) utiliza su detección de la radiación infrarroja para cazar una rata en la oscuridad.

Como habéis visto, las serpientes perciben el mundo de forma muy diferente a la nuestra. Las serpientes no dejan indiferente a nadie y, de la misma forma que distintas personas ven a las serpientes de formas diferentes, las diferentes especies de ofidios presentan adaptaciones diferentes y diversas para percibir el mundo que les rodea. Esperemos que con esta entrada hayáis podido entender un poco mejor el increíble mundo en el que viven las serpientes.

REFERENCIAS

Las siguientes fuentes han sido consultadas durante la elaboración de esta entrada:

• Harvey B. Lillywhite (2014). How snakes work. Structure, function and behaviour of the world’s snakes. Oxford University Press.
• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• Masó & Pijoan (2011). Anfibios y Reptiles de la Península Ibérica, Baleares y Canarias. Ediciones Omega.
• http://news.nationalgeographic.com/news/2004/02/0223_040223_rattlesnakes.htmlutm_content=buffer44d50&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=buffer
• Imagen de portada de Bernard Dupont.

Inmaculada Concepción… en reptiles e insectos

El puente de diciembre y las fiestas de Navidad tienen en común que en ambas se celebra lo que llamamos la Inmaculada Concepción. El fenómeno biológico por el cual una hembra tiene descendencia sin que haya apareamiento con un macho se llama partenogénesis y, aunque no existe prueba alguna que demuestre su existencia en seres humanos, los nacimientos virginales son un fenómeno bastante extendido en el reino animal. En esta entrada veremos cómo ocurre este fenómeno tan increíble y algunas especies en las que se da.

¿QUE ES LA PARTENOGÉNESIS?

La partenogénesis es un tipo de reproducción asexual en la que la descendencia proviene de un óvulo sin fecundar. Al no haber fecundación (unión del material genético del óvulo con el del espermatozoide) la descendencia no presenta ADN del padre (si es que hay padre). Los hijos resultantes serán copias genéticas (clones) de la madre.

En la fecundación, al unirse el óvulo y el espermatozoide (ambos haploides, con n número de cromosomas cada uno) se obtendrá un  individuo con material genético único, fruto de la combinación del ADN del padre y de la madre (diploide, con dos copias de cada cromosoma, 2n cromosomas en cada célula). Los animales triploides (3n) o tetraploides (4n) se dan es especies híbridas asexuales, aunque en muchos casos no suelen ser viables. Imagen de Ehamberg.

En el caso de los animales partenogenéticos se tiene que suplir la falta de material genético paterno, ya que en muchas especies los individuos haploides no suelen ser viables. En estas especies se suele reestablecer la diploidía (2n cromosomas) mediante un proceso llamado automixis. Aun así, en algunas especies los individuos partenogénicos con genoma haploide son viables y no tienen ningún problema para sobrevivir.

Resulta imposible poner un ejemplo general de reproducción asexual, ya que ésta se encuentra muy extendida entre grupos de animales muy diferentes y los casos son muchos y muy diferentes entre sí. A continuación os presentamos unos cuantos ejemplos de diferentes estrategias utilizados por los animales para reproducirse asexualmente.

HAPLODIPLOIDÍA EN ABEJAS Y AVISPAS

La haplodiploidía es un fenómeno que se observa en dos órdenes de insectos, los himenópteros (abejas, hormigas y avispas) y los tisanópteros (trips o arañuelas). En este sistema de determinación sexual, si el óvulo es fecundado nacerán hembras diploides, mientras que si no es fecundado nacerán machos haploides.

Colonia de abejas carnolianas (Apis mellifera carnica), una subespecie de abeja de la miel del este de Europla. Foto de Levi Asay.

En la abeja de la miel, cuando una abeja reina se reproduce con un zángano (abeja macho), todos los individuos diploides (2n) se convertirán en hembras, con ADN combinado de la reina y el zángano. En cambio, los zánganos nacen por partenogénesis, en que un óvulo de la reina empezará a desarrollarse en un zángano haploide (n). Esto implica que los individuos de una colonia descendientes de una misma reina estén mucho más emparentados entre ellos que los hermanos normales (los zánganos llevan el 100% del ADN materno). Se cree que esto ayudó al desarrollo de conductas eusociales en los diferentes grupos de himenópteros.

PARTENOGÉNESIS CÍCLICA

Este tipo de partenogénesis se encuentra en diferentes grupos de invertebrados que pueden alternar entre la reproducción asexual y la reproducción sexual a lo largo de su ciclo vital, dependiendo de las condiciones ambientales.

Esquema del ciclo vital de un rotífero, en el que se alterna la reproducción asexual con partenogénesis en períodos de buenas condiciones ambientales, con la reproducción sexual con un macho haploide cuando las condiciones no son óptimas. Imagen extraída de Hanson et al. 2013.

Algunos grupos de invertebrados cómo los áfidos, presentan reproducción asexual partenogénica desde la primavera hasta principios de otoño, cuando las condiciones son favorables. En muchas poblaciones durante esta etapa sólo encontramos hembras que paren a más hembras.

Vídeo a cámara rápida en que se ve como con buenas condiciones ambientales los áfidos aprovechan para aumentar rápida y eficazmente el número de individuos asexualmente. Vídeo de Neil Bromhall.

Al llegar el otoño, las hembras partenogénicas empiezan a parir machos y hembras sexuales. Los dos sexos se producen por partenogénesis y llevan el 100% del ADN de la madre. Los individuos sexuados y alados se dispersan para evitar reproducirse con sus hermanos. Éstos copularan y las hembras pondrán huevos resistentes que pasarán el invierno. En primavera estos huevos darán comienzo a una nueva generación de hembras partenogenéticas que empezarán el ciclo de nuevo.

PARTENOGÉNESI AUTÉNTICA EN ESCAMOSOS

El único grupo de vertebrados en el que se observa partenogénesis auténtica es en los escamosos, con unas 50 especies de lagartos y una especie de serpiente siendo partenogénicos obligados. Estas especies son unisexuales, siendo todos los individuos hembras que se reproducen asexualmente sin la intervención de ningún macho. Además hay otras especies que, aun reproduciéndose sexualmente, pueden reproducirse asexualmente en ausencia de machos (partenogénesis facultativa).

Lagarto de cola látigo de la especie Cnemidophorus uniparens que, como su nombre indica, es una especie partenogénica en que todos los ejemplares son hembras. Foto de Ltshears.

Hay casos aislados de tiburones, serpientes y dragones de Komodo hembras en cautividad que se han reproducido sin que hubiese fecundación o cópula con un macho. Esto se conoce como partenogénesis accidental, ya que la alta mortalidad de la descendencia (sobreviviendo entre 1/100.000 y 1/millón) hace que probablemente se deba a un error del organismo, más que a un fenómeno adaptativo.

Cría de dragón de Komodo (Varanus komodoensis) nacida por partenogénesis accidental en el Zoo de Chester. Foto de Neil.

Las hembras de las especies realmente partenogénicas producen óvulos haploides (con n cromosomas) que se vuelven diploides (2n cromosomas) mediante dos ciclos de división consecutivos durante la meiosis (automixis). En las especies que presentan partenogénesis facultativa, la diploidía se consigue mediante la fusión del óvulo con un cuerpo polar haploide que se forma durante la meiosis.

Esquema de la formación de los cuerpos polares durante la ovogénesis, los cuales pueden ayudar a los reptiles partenogénicos a recuperar la diploidía. Esquema de Studentreader.

La partenogénesis auténtica es especialmente conocida en la serpiente ciega de brahmin (Ramphotyphlops brahminus) y en muchas especies de lagartijas. En estas especies las hembras generan clones de ellas mismas. Las especies de lagartijas partenogenéticas (igual que en muchos anfibios) probablemente se originaron por un fenómeno de hibridación entre dos especies sexuales. Muchos lagartos de cola látigo (géneros Cnemidophorus/Aspidoscelis) presentan especies unisexuales en las que no existen machos, fruto de un proceso de hibridación.

Ejemplar de serpiente ciega de brahmin (Ramphotyphlops braminus), el único ofidio unisexual conocido, en el que todos los individuos encontrados hasta la fecha son hembras. Foto extraída de Kaiser et al. 2011.

La especie Cnemidophorus uniparens es una lagartija partenogénica unisexual fruto de la hibridación entre C. inornatus y C. burti. El híbrido resultante se reprodujo de nuevo con C. inornatus, formando la especie triploide (3n) partenogénica C. uniparens. La presencia de genomas triploides, tetraploides, etc. es frecuente en reptiles unisexuales, ya que su origen híbrido hace que a veces los genomas no se puedan mezclar. Además, el tener más variedad cromosómica compensa la falta de recombinación genética.

En esta especie, aun siendo unisexual, también se observan conductas reproductoras parecidas a las de las especies sexuales. En C. uniparens se han obervado conductas sexuales en las que una hembra hace de macho y “monta” a otra hembra juntando sus cloacas. Se ha visto que las hembras que son montadas aumentan la cantidad de huevos que producen después de esta cópula simulada. Se cree que de un año a otro las hembras hacen turnos sobre cuáles montan y cuáles son montadas, alternando de un año a otro la cantidad de huevos  que producen.

Tres especies de lagartos de cola látigo. El de enmedio, Cnemidophorus neomexicanus es una especie unisexual partenogénica, resultado de la hibridación de dos especies bisexuales, C. inornatus (izquierda) y C. tigris (derecha). Foto de Alistair J. Cullum.

Aun siendo especies partenogénicas auténticas, muchos de estos escamosos mantienen la capacidad de incorporar ADN nuevo a la descendencia. Esto se debe a que si de vez en cuando no hay recombinación genética por la fusión del óvulo y el espermatozoide, se corre el riesgo de acumular mutaciones perjudiciales para la especie. Aun así, la partenogénesis permite a estas especies colonizar rápidamente un nuevo hábitat, ya que no es necesario que dos individuos se encuentren para reproducirse, y además el 100% de la población es capaz de producir descendencia.

Como veis, hay un gran número de animales que no necesita ni machos ni sexo para reproducirse. La existencia de un proceso similar en los seres humanos es muy improbable (por no decir imposible) que pueda ocurrir. Además, si hace unos 2000 años una mujer hubiese parido un hijo sin fecundación, probablemente éste hubiese sido una niña, ya que de ningún modo hubiese podido adquirir el cromosoma Y. De todas formas, esto no es motivo para no disfrutar de estas fiestas. ¡Feliz Navidad y feliz año nuevo a todos!

REFERENCIAS

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

• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• Masó & Pijoan (2011). Anfibios y Reptiles de la Península Ibérica, Baleares y Canarias. Ediciones Omega.
• http://news.nationalgeographic.com/news/2012/09/120914-virgin-birth-parthenogenesis-snakes-science-biology-letters/
• https://www.researchgate.net/publication/280691646_Parthenogenesis_Birth_of_a_New_Lineage_or_Reproductive_Accident
• https://www.researchgate.net/publication/228471514_The_Caucasian_rock_lizard_Lacerta_rostombekovi_a_monoclonal_parthenogenetic_vertebrate
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC348299/
• http://animals.mom.me/reproductive-cycle-whiptail-lizards-3166.html
• Imagen de portada de Pepper M, Doughty P, Fujita MK, Moritz C, Keogh JS.

Regeneración de extremidades, del ajolote al ser humano

La regeneración de partes del cuerpo perdidas o dañadas en los animales es conocida desde hace varios siglos. En 1740 el naturalista Abraham Trembley observó a un pequeño cnidario que podía regenerar su cabeza si se la cortaban, por lo que lo llamó Hydra, en referencia al monstruo de la mitología griega que podía regenerar sus múltiples cabezas si se las cortaban. Posteriormente, se descubrió que había muchas otras especies animales con capacidades regenerativas. En esta entrada hablaremos sobre estos animales.

Regeneración en el reino animal

La regeneración de partes del cuerpo está mucho más extendida entre los diferentes grupos de invertebrados que de vertebrados. Este proceso puede ser bidireccional, en el que ambos trozos del animal regeneran las partes que les faltan para generar dos animales (cómo en la hidra, las planarias, los gusanos y las estrellas de mar), o unidireccional, en el que el animal pierde una extremidad pero solo la regenera sin que se formen dos animales (artrópodos, moluscos y vertebrados). Entre los vertebrados, peces y anfibios son los que presentan mayores capacidades regenerativas, aunque muchos lagartos y algunos mamíferos pueden regenerar sus colas.

Imagen de Matthew McClements sobre la regeneración bidireccional en planàrias, hidras y estrellas de mar. Extraído de Wolbert's Principles of Development.

La regeneración se puede dar de dos maneras distintas:

• Regeneración sin proliferación celular activa o “morphalaxis”. En este modo, la parte del cuerpo ausente es recreada principalmente mediante la remodelación de células preexistentes. Esto es lo que ocurre en la Hydra, en la que las partes perdidas se regeneran sin la creación de material nuevo. Por lo tanto, si se secciona una hidra por la mitad, obtendremos dos versiones más pequeñas de la hidra original.

Vídeo de un experimento en el que se ha seccionado una Hydra en diferentes trozos. Vídeo de Apnea.

• Regeneración con proliferación celular o “epimorfosis”. En éste, la parte perdida se regenera mediante proliferación celular o sea, que se crea “de nuevo”. Ésta en la mayoría de casos se produce mediante la formación de una estructura especializada llamada blastema, masa de células madre sin diferenciar que aparece en fenómenos de regeneración celular.

Casi todos los grupos de animales con capacidades regenerativas presentan regeneración con formación de blastema. Aun así, el origen de las células madre del blastema varía según el grupo. Mientras que las planarias presentan células madre pluripotentes (que pueden diferenciarse a cualquier tipo celular) repartidas por todo el cuerpo, los vertebrados presentan células específicas en cada tipo de tejido (cartílago, músculo, piel…) que sólo generaran células de los tejidos donde se encuentre el blastema.

Entre los vertebrados terrestres, las lagartijas y los urodelos son los que muestran mayores habilidades regenerativas. A continuación veremos cómo lo consiguen y las aplicaciones que esto tiene en la medicina actual.

Colas prescindibles

Cuando eres un pequeño animal que está siendo perseguido por un gato u otro depredador, probablemente te salga más rentable perder tu preciada cola a perder tu vida. Algunos vertebrados terrestres han evolucionado siguiendo esta filosofía, y ellos mismos pueden desprenderse de su cola voluntariamente mediante un proceso llamado autotomía caudal. Esto les permite huir de sus depredadores, los cuáles se entretienen con la cola perdida que sigue moviéndose.

 Vídeo en el que se vé cómo algunas lagartijas como este vanzosaurio de cola roja (Vanzosaura rubricauda) tienen colas de colores brillantes para atraer la antención de los depredadores. Vídeo de Jonnytropics.

La autotomía o autoamputación, se define como un comportamiento en el que el animal se desprende de una o varias partes del cuerpo. La autotomía caudal la encontramos en muchas especies de reptiles y en dos especies de ratones espinosos del género Acomys. Entre los reptiles, encontramos autotomía caudal en los lacértidos, los geckos, los escincos o eslizones y en los tuataras.

Foto de un ratón espinoso del Cairo (Acomys cahirinus), un mamífero que es capaz de desprenderse de su cola y regenerarla. Foto de Olaf Leillinger.

En los reptiles, la fractura de la cola se da en zonas concretas de las vértebras caudales que de por sí están debilitadas. La autotomía se puede dar de dos formas distintas: la autotomía intravertebral, en la que las vértebras del centro de la cola tienen planos de fractura transversales preparados para romperse si se les aplica suficiente presión, y la autotomía intervertebral, en la cual la cola se rompe entre las vértebras por constricción muscular.

Modelo tridimensional de los planos de fractura de la cola de un lagarto y la regeneración post-autotomía de un tubo cartilaginoso. Imagen extraída de Joana D. C. G. de Amorim et al.

La autotomía caudal permite huir al animal, pero le saldrá caro. Muchos reptiles utilizan la cola como reservorio de grasas y perder este almacén de energía suele ser perjudicial para el animal. Por eso se sabe que muchos lagartos, una vez ha desaparecido la amenaza, buscan su cola perdida y se la comen, para al menos recuperar la energía que tenían acumulada en forma de grasa. Además, regenerar una nueva cola es un proceso costoso energéticamente.

Foto de una lagartija parda (Podarcis liolepis) que ha perdido la cola. Foto de David López Bosch.

La regeneración de la cola en los reptiles difiere de la de anfibios y peces en que no se forma el blastema, y en que en vez de regenerarse realmente las vértebras caudales, se forma un tubo de cartílago. La nueva cola no es tan móvil y suele ser más corta que la original, y suele regenerarse completamente al cabo de unas semanas. La mayoría de lagartos pueden regenerar la cola varias veces, pero algunos cómo el lución (Anguis fragilis) sólo pueden hacerlo una vez. En ocasiones, la cola original no se rompe del todo pero se activan los mecanismos de regeneración, cosa que puede dar a que nos podamos encontrar a lagartijas y salamanquesas con más de una cola.

Detalle de la cola de una salamanquesa común (Tarentola mauritanica) que ha regenerado la cola sin acabar de perder la cola original. Foto de Rafael Rodríguez.

Urodelos, los reyes de la regeneración

De todos los tetrápodos, los anfibios son los que presentan las mayores capacidades regenerativas. Durante la fase larvaria de la mayoría de especies, tanto la cola como las extremidades (si las presentan) pueden ser regeneradas tras su pérdida. La comunidad científica cree que esto se debe a que en los anfibios el desarrollo de las extremidades y otros órganos se retrasan hasta el momento de la metamorfosis. Aun así, ranas y sapos (anuros) sólo conservan sus poderes regenerativos durante su fase de renacuajo, perdiéndolos al llegar a la edad adulta.

Renacuajo de rana de bosque (Rana sylvatica) que, cómo en todos los anfibios, pospone el desarrollo de las extremidades hasta el momento de la metamorfosis. Foto de Brian Gratwicke.

En cambio, muchas salamandras y tritones (urodelos) conservan sus poderes regenerativos durante toda su vida. Aunque muchas especies presentan autotomía caudal, a diferencia de las lagartijas, los urodelos regeneran completamente, no sólo la cola, sino prácticamente cualquier tejido corporal perdido. De todas las especies conocidas, el ajolote (Ambystoma mexicanum), un anfibio neoténico que llega a la edad adulta sin sufrir metamorfosis, ha servido como organismo modelo para el estudio de la formación del blastema que precede a la regeneración.

 Vídeo en el que se habla del ajolote, este curiosos anfibio que se encuentra en grave peligro de extinción. Vídeo de Zoomin.TV Animals.

La regeneración que se da en las salamandras tiene fases genéticamente similares a las que sufren el resto de vertebrados al desarrollar los distintos tejidos y órganos durante el desarrollo embrionario. En el ajolote (y en el resto de urodelos) la regeneración después de la amputación de una extremidad pasa por tres fases distintas:

• Curación de la herida: Durante la primera hora tras la amputación, células epidérmicas migran a la zona de la herida. El cierre de la herida se produce más o menos a las dos horas e intervienen los mismos mecanismos que en el resto de vertebrados. Aun así, la regeneración completa de la piel se retrasa hasta el final de la regeneración.
• Desdiferenciación: Esta segunda fase comienza a las 24 horas de la amputación y es cuando se forma el blastema. Éste está compuesto por células de los tejidos especializados de la zona de amputación que pierden sus características (obtienen la capacidad de proliferar y diferenciarse de nuevo), y de células derivadas del tejido conectivo que migran a la zona de amputación. Cuando estas células de diferente origen se acumulan y forman el blastema, se inicia la proliferación celular.
• Remodelación: Para el inicio de la tercera fase, es imprescindible la formación de un blastema con células de diversos orígenes. Una vez formado el blastema de células desdiferenciadas, la formación de la nueva extremidad sigue el mismo patrón que el de las extremidades de cualquier vertebrado durante el desarrollo embrionario (incluso intervienen los mismos genes).

Esquema de la formación del blastema en el pez zebra (Danio rerio) otro organismo modelo. Imagen de Kyle A. Gurley i Alejandro Sánchez Alvarado.

Recientemente se han encontrado fósiles de diversos grupos de tetrápodos primitivos que presentan rastros de regeneración. Se han encontrado pruebas de regeneración de extremidades en fósiles de temnospóndilos (Apateon, Micromelerpeton y Sclerocephalus) y de lepospóndilos (Microbrachis y Hyloplesion). Esta amplia gama de géneros de tetrápodos basales que presentan regeneración y el hecho de que muchos peces también la presenten, ha llevado a muchos científicos a plantearse si los diferentes grupos de tetrápodos primitivos presentaban capacidad de regeneración y ésta se perdió en los antepasados de los amniotas (reptiles, aves y mamíferos).

Foto de un ajolote, por LoKiLeCh.

Aun así, se cree que la información genética de formación del blastema podría encontrarse en el ADN de los amniotas aunque estaría en estado latente. De las tres fases del proceso de regeneración, la única que es exclusiva de los urodelos es la fase de desdiferenciación, ya que la fase de curación es igual a la cicatrización en el resto de vertebrados y la de remodelación es igual a la formación de extremidades durante la embriogénesis. Actualmente se están llevando a cabo multitud de estudios sobre cómo reactivar los genes latentes que promueven la formación del blastema en otros vertebrados, como por ejemplo los seres humanos.

Algunos órganos humanos como el riñón y el hígado ya tienen cierta capacidad de regeneración, pero gracias a la investigación con células madre en animales como las salamandras y las lagartijas, actualmente es posible regenerar dedos, genitales y partes de la vejiga, el corazón y los pulmones. Como hemos visto, los diferentes animales capaces de regenerar miembros seccionados encierran el secreto que podría salvar a miles de personas. Recordemos esto la próxima vez que oigamos que cientos de especies de anfibios y reptiles se encuentran en peligro por culpa de la mano del hombre.

Referencias

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

• Foto de portada de Peter Halasz.
• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• http://www.eurostemcell.org/de/node/19896
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12455626
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3480082/
• http://ftp.eebweb.arizona.edu/courses/Ecol483_583/Bateman%20and%20Fleming%202009.pdf
• http://www.sciencemag.org/content/276/5309/81.short
• http://www.ambystoma.org/
• http://www.nature.com/nature/journal/v527/n7577/full/nature15397.html

Paracaidismo herpetológico: anfibios y reptiles planeadores

Actualmente los únicos reptiles voladores son las aves, descendientes directas de los dinosaurios terópodos. Aunque la época de los grandes reptiles voladores ya ha pasado, hoy en día, varias especies de reptiles y algunas de anfibios han adquirido la habilidad de planear para escapar de sus depredadores. Planear se define como caer en un ángulo de menos de 45^o de respecto a la horizontal con ayuda de membranas que crean resistencia al aire. En esta entrada explicaré algunas de las especies de herpetos planeadores que existen alrededor del mundo hoy en dia.

Ranas planeadoras

Las ranas planeadoras (también llamadas “ranas voladoras”) incluyen especies de los géneros Polypedates, Rhacophorus (familia Rhacophoridae) y Ecnomiohyla (familia Hylidae). Éstos han adquirido características similares por un proceso de evolución convergente.

Foto de Ecnomiohyla rabborum por Brian Gratwicke.

Tanto los hílidos cómo los racofóridos son popularmente conocidos como ranas de árbol. Sus miembros se han especializado a una vida arborícola con largas patas y dedos con ventosas para un mayor agarre.

 Macho y hembra de falsa rana planeadora de Malabar (Rhacophorus pseudomalabaricus) durante el apareamiento. Vídeo de Sandesh Kadur.

Video de Sandesh Kadur.

Además, los géneros planeadores han adquirido amplias membranas en las patas y entre los dedos para poder planear y así poder huir más eficazmente de los depredadores.

Rana voladora de Wallace (Rhacophorus nigropalmatus) planeando.

Geckos planeadores

Entre los miembros de la familia Gekkonidae existen dos géneros del sureste asiático que han adquirido adaptaciones para el planeo: el género Ptychozoon y el género Luperosaurus.

Foto de un  gecko volador de Kuhl (Ptychozoon kuhli) por Bernard Dupont.

Los geckos son un grupo de lagartos que han evolucionado para una vida arborícola que les permiten adherirse a prácticamente cualquier superficie. Sus patas presentan diminutos filamentos que les permiten desplazarse incluso boca abajo.

Detalle de la parte ventral de un gecko volador de Kuhl (Ptychozoon kuhli) en el que se pueden apreciar las membranas de piel. Foto de Fenchurch.

Los géneros Ptychozoon y Luperosaurus además presentan membranas en cuello, cuerpo, patas y cola que les ayudan a camuflarse mejor contra la superficie de los árboles, y también, planear ligeramente de árbol a árbol para huir de posibles depredadores.

Serpientes voladoras

Hablando de depredadores, las culebras del género Chrysopelea también han desarrollado un eficaz método para desplazarse por el dosel arbóreo. Las serpientes de este género son diurnas, se alimentan de lagartos, ranas, pájaros y murciélagos, y se encuentran distribuidas por el sureste asiático.

Pareja de serpientes voladoras del Paraíso (Chrysopelea paradisi) en el Zoo de Singapur, por  Alan Couch.

A diferencia de los planeadores anteriores las serpientes voladoras no tienen membranas para frenar su descenso, sino que su sistema es un poco más complejo. Al llegar al extremo de una rama, las serpientes se dejan caer. Después de un leve descenso, retraen sus órganos internos apretándolos contra la caja torácica y extienden sus costillas hacia los lados, adquiriendo así una forma semicóncava, parecida al ala de un avión.

Imagen explicativa del mecanismo de planeo de las serpientes voladoras. Imagen de Biomechanics.

Con este método y junto a movimientos serpenteantes, las serpientes del género Chrysopelea pueden controlar con mucha precisión la dirección de su descenso. Estas culebras planean de forma mucho más controlada que muchos mamíferos planeadores como las ardillas voladoras y llegan a recorrer una distancia horizontal de hasta 100 metros.

 Grupo de científicos estudiando las habilidades voladoras de una serpiente voladora del Paraíso (Chrysopelea paradisi). Video de All of These Videos.

Dragones voladores

Y finalmente llegamos a los más espectaculares de todos los herpetos planeadores, los llamados dragones voladores. Estos agámidos (familia Agamidae) del género Draco se encuentran en las zonas tropicales de Asia donde sobreviven cazando insectos entre los árboles selváticos.

Foto de un dragón volador de cinco líneas (Draco quinquefasciatus) de Sarawak, Malasia. Imagen de Bernard Dupont.

La principal característica de los dragones voladores son sus costillas, algunas de las cuales están extremadamente alargadas y presentan membranas de piel entre ellas adquiriendo la función de unas alas. Estas “alas” suelen estar retraídas contra el cuerpo y las pueden estirar tanto para planear como para enviar señales visuales a otros miembros de su especie (las alas suelen tener colores brillantes).

Dibuix del llibre On The Genesis of Species de l'esquelet d'un Draco volans.

Los dragones voladores utilizan sus alas para desplazarse de árbol en árbol, cazar, huir de sus depredadores, perseguir a sus congéneres en disputas territoriales y durante el apareamiento. Aparte de sus coloridas alas, muchas especies presentan papadas coloridas (especialmente los machos) para indicar su estado reproductor a otros miembros de su especie.

Foto de un dragón volador lineado de Sulawesi (Draco spilonotus) por A. S. Kono.

El récord de vuelo de estos agámidos es de 60 metros de distancia con un descenso vertical de solo 10 metros. Los dragones voladores son animales pequeños, muy rápidos y activos, y pocos animales son capaces de capturarlos. Además, son totalmente arborícolas, descendiendo al suelo sólo las hembras para poner los huevos bajo tierra.

 Serpiente voladora persiguiendo a un dragón volador. Video de Venomous Animals.

Como hemos visto, la mayoría de especies de anfibios y reptiles planeadores viven en climas tropicales. Esto se debe a que son hábitats con una densa cobertura vegetal y los árboles crecen muy juntos los unos de los otros, permitiendo a estos animales planear de un árbol a otro con facilidad. La mayor amenaza para estas criaturas son la deforestación y la pérdida de su hábitat, ya que sin una cobertura arbórea óptima, estos animales pueden ser presa fácil para muchos depredadores terrestres.

Referencias

Se han consultado las siguientes fuentes durante la elaboración de esta entrada:

• Foto de portada: Premaphotos.
• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• http://australianmuseum.net.au/blogpost/science/aerodynamic-amphibians
• http://www.naturia.per.sg/buloh/verts/flying_tree_snake.htm
• http://www.siam-info.com/english/snakes_chrysopelea.html
• http://phys.org/news/2005-05-reveal-secrets-snake-flight.html
• http://www.uchospitals.edu/news/2005/20050513-snake.html

¿Cómo afectan la temperatura y el calentamiento global al sexo de los reptiles?

En la mayoría de animales el sexo de un individuo queda determinado en el momento de la fecundación; cuando el óvulo y el espermatozoide se fusionan queda fijado si ése animal será un macho o una hembra. Aún así, en muchos grupos de reptiles la determinación sexual viene determinada posteriormente durante la incubación, y el factor que la determina es la temperatura a la que se incuban los huevos. En los reptiles esto hace que, el ambiente juegue un papel crucial en determinar la proporción de machos y hembras que saldrán de una puesta y que por lo tanto, estos animales sean muy susceptibles a alteraciones en la temperatura causadas por ejemplo, por el calentamiento global.

DETERMINACIÓN SEXUAL: DSG VS DST

En la mayoría de especies animales la diferenciación sexual (el desarrollo de ovarios o testículos) viene determinada genéticamente (DSG). En estos casos, el sexo de un individuo viene determinado por un cromosoma, un gen o un alelo concreto que provocará la diferenciación hacia un sexo u otro. Entre los vertebrados, existen dos tipos principales de DSG, el sistema XX/XY en mamíferos (en el que XX es una hembra y XY es un macho) y el ZW/ZZ en aves y algunos peces (ZW corresponde a una hembra y ZZ a un macho).

Ejemplos de diferentes tipos de determinación sexual genética en vertebrados e invertebrados, por CFCF.

En el caso de los reptiles, existe una gran variedad de mecanismos de determinación sexual. Algunos presentan modelos de DSG; muchas serpientes siguen el sistema ZW/ZZ y algunos lagartos el XX/XY. Igualmente, en muchos grupos el sexo de la descendencia viene determinado principalmente por la temperatura de incubación del huevo (DST), haciendo que el ambiente juegue un papel muy importante en la proporción de machos y hembras que encontramos en una población.

El dragón barbudo del Este (Pogona barbata) es un ejemplo de reptil con DSG, pero al cual también le afecta la temperatura de incubación. Foto de Trent Townsend.

Aún así, los mecanismos de determinación sexual genética y de temperatura no son excluyentes. Los reptiles con DST tienen una base genética para la diferenciación ovárica o testicular que viene regulada por la temperatura. Igualmente, se ha observado que en reptiles con DSG, como el dragón barbudo australiano (Pogona barbata), las altas temperaturas durante la incubación provocan que individuos que genéticamente son machos (cromosomas ZZ) se desarrollen funcionalmente como hembras. Esto demuestra que en reptiles, no existe una división estricta entre la DSG y la DST.

TEMPERATURA Y SEXO

El periodo de incubación durante el cual se determina el sexo de un individuo se llama periodo de incubación crítico y normalmente corresponde al segundo tercio del periodo de incubación, durante el cual la temperatura se ha de mantener constante. Este periodo de incubación crítico suele durar entre 7 y 15 días, según la especie. Después de este periodo el sexo del individuo normalmente no se puede revertir (mecanismo de todo o nada).

Cría de dragón de komodo (Varanus komodoensis) eclosionando. Foto de Frank Peters.

La temperatura durante el periodo de incubación crítico altera la función de la aromatasa, hormona que convierte los andrógenos (hormonas masculinizadoras) en estrógenos (hormonas feminizadoras). A temperaturas que dan lugar a machos, la actividad de la aromatasa se inhibe, mientras que a temperaturas que dan lugar a hembras la actividad de la aromatasa se mantiene.

Gráficos de la actividad de la aromatasa respecto las hormonas gonadales en embriones de galápago europeo (Emys orbicularis) a 25oC (machos) y a 30oC (hembras) durante el periodo de incubación crítico, sacado de Pieau et al. 1999.

La DST la encontramos en todos los grupos de reptiles excepto en las serpientes (que siguen el sistema ZW/ZZ). En lagartos y tortugas encontramos tanto determinación sexual genético como por temperatura, mientras que en las tuataras y los cocodrilianos el sexo se determina exclusivamente por la temperatura. Actualmente, se conocen distintos modelos de determinación sexual por temperatura.

MODELO I

Este modelo es el más sencillo, en el que temperaturas de incubación más altas dan lugar a un sexo y temperaturas de incubación más bajas dan lugar al otro sexo. Temperaturas intermedias suelen dar individuos de ambos sexos y, muy raramente, individuos intersexuales. Este modelo está dividido en:

• Modelo Ia DST: en el que los huevos incubados a temperaturas altas dan altos porcentajes de hembras y huevos a temperaturas bajas dan altos porcentajes de machos. Éste se encuentra en muchas especies de tortugas.

Foto de galápago europeo (Emys orbicularis), especie que sigue el modelo Ia DST; a 25oC o menos de incubación sólo nacen machos, mientras que a 30oC o más sólo nacen hembras. Foto de Francesco Canu.

• Modelo Ib DST: en el que pasa lo contrario; las altas temperaturas dan machos y las bajas temperaturas dan hembras. Éste se da en algunos lagartos con DST y los tuataras.

El tuatara (Sphenodon punctatus) es uno de los reptiles que siguen el modelo Ib DST; la temperatura límite se encuentra entre 21-22oC, por encima de la cual nacerán machos y por debajo de la cual nacerán hembras.

MODELO II

Este modelo es un poco más complejo que el anterior. En éste, los embriones incubados a temperaturas extremas (muy altas o muy bajas) se diferenciarán hacia un sexo, mientras que los que sean incubados a temperaturas intermedias, se diferenciaran hacia el sexo contrario.

Foto de aligátores del Mississippi (Alligator mississippiensis) de diferentes edades. Estos reptiles siguen el modelo II DST; a unos 34oC nacen machos, y a temperaturas por encima y por debajo, nacen hembras.

Este modelo se da en los cocodrilianos, en algunas tortugas y en muchos lagartos. Estudios filogenéticos recientes, indican que éste es el modelo de DST ancestral de los reptiles. Hay quien argumenta, que todos los casos de DST son del modelo II, pero que en la naturaleza nunca se llega a los dos extremos de temperatura, aunque esto aún está por demostrar.

SEXO DETERMINADO POR TEMPERATURA: VENTAJAS E INCONVENIENTES

Hoy en día aún no se entiende del todo las ventajas evolutivas de la determinación sexual por temperatura. El caso de los reptiles es muy curioso, ya que aves, mamíferos y anfibios determinan su sexo genéticamente en la mayoría de casos, mientras que en los reptiles encontramos un poco de todo.

Actualmente, se están realizando estudios para comprobar si algunas temperaturas favorecen la salud de los machos y algunas otras la de las hembras. En uno de estos estudios, se observó que las tortugas mordedoras incubadas a temperaturas intermedias (que producían tanto machos como hembras) eran más activas que las incubadas a temperaturas que daban un único sexo, haciendo que fuesen más vulnerables al ataque de depredadores que se guían visualmente. Aún así, en la actualidad no hay pruebas suficientes que indiquen hasta donde se podrían aplicar estos descubrimientos. Es posible que los reptiles con DST sean capaces de manipular el sexo de su descendencia, alterando la proporción de hormonas sexuales en base a la temperatura del lugar de nidificación.

Puesta de tortuga mordedora (Chelydra serpentina), un quelonio americano de agua dulce. Foto de Moondigger.

Lo que resulta más fácil de predecir son los inconvenientes que comporta la DST. Cualquier cambio que se produzca en la temperatura de las áreas de nidificación puede afectar negativamente a la población de una especie determinada. Si se tala un bosque donde antes había sombra o se construyen edificios en una zona previamente soleada, cambiarán los microclimas de las puestas de huevos de cualquier reptil que nidifique allí.

El cambio global, o cambio climático, representa una amenaza adicional para los reptiles con DST. El aumento de la temperatura media del planeta y las fluctuaciones de temperatura de un año al otro, afectan al número de machos y hembras que nacen de algunas especies de reptiles. Este fenómeno se ha observado, por ejemplo, en las tortugas pintadas (Chrysemys picta), en las cuales se ha predicho que un aumento de 4^oC en la temperatura de su hábitat provocaría la extinción de la especie, ya que sólo nacerían hembras.

Cría de tortuga pintada (Chrysemys picta), especie en la que temperaturas de incubación de entre 23-27oC dan machos y temperaturas por encima o por debajo dan hembras (modelo II). Foto de Cava Zachary.

REFERENCIAS

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

• Foto de portada: Animalspot.
• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• http://www.scientificamerican.com/article/experts-temperature-sex-determination-reptiles/
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9989/
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2603247/
• https://embryo.asu.edu/pages/temperature-dependent-sex-determination-reptiles
• http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jez.465/abstract
• http://link.springer.com/article/10.1007/s000180050342#page-2
• http://www.nbcnews.com/science/weird-science/hotter-temperatures-trigger-sex-change-australian-lizards-n385241
• http://www.herpconbio.org/Volume_5/Issue_2/Nelson_etal_2010.pdf