El fenotip estès: la genètica més enllà del propi cos

Els gens determinen el nostre color d’ulls, la nostra alçada, guien el nostre desenvolupament al llarg de la vida i, fins i tot, el nostre comportament. Tots els éssers vius tenen gens que, un cop s’expressen, es manifesten d’una manera més o menys explícita en el seu cos, modelant-lo i atorgant-li tota una sèrie de trets i funcions. És possible, però, que l’expressió d’alguns gens tingui efectes més enllà del propi cos?

Descobreix algunes idees bàsiques sobre la teoria del fenotip estès.

Primer de tot, necessitem aclarir dos conceptes bàsics que us ajudaran a entendre millor el concepte de fenotip estès: genotip i fenotip.

Genotip

El genotip és la col·lecció de gens o informació genètica que posseeix un organisme en particular en forma d’ADN. També pot referir-se als dos al·lels d’un gen (o formes alternatives d’un gen) que hereta un organisme dels seus progenitors, un per progenitor.

La informació genètica que poseeix un organisme en particular en forma d’ADN constitueix el seu genotip. Imatge de domini públic.

No s’ha de confondre amb el genoma: mentre que el genoma fa referència al conjunt de gens continguts en l’ADN d’una espècie sense tenir en compte la seva diversitat (polimorfismes) entre individus, el genotip sí que contempla aquestes variacions. Per exemple: el genoma humà (de tota l’espècie Homo sapiens sapiens) i el genotip d’una única persona (conjunt de gens i les seves variacions en un únic individu).

Fenotip

El genotip, o com a mínim una part, s’expressa dins l’organisme contribuint als seus trets observables. Aquesta expressió té lloc quan la informació codificada en l’ADN dels gens s’utilitza per sintetitzar proteïnes o molècules d’ARN, el precursor de les proteïnes. El conjunt de trets observables que s’expressen a partir del genotip rep el nom de fenotip.

El color dels ulls (fenotip) es manifesta a partir de l’expressió dels gens de cada organisme particular (genotip); és a dir, dels seus al·lels. Imatge de cocoparisienne a Pixabay (domini públic).

Tanmateix, els gens no ho són sempre tot a l’hora de definir els trets d’un organisme: l’entorn també pot influir sobre la seva expressió. Així doncs, una definició més completa de fenotip seria el conjunt d’atributs que es manifesten en un organisme en particular com la suma de l’expressió dels seus gens i de les pressions de l’entorn sobre aquests. Alguns gens únicament expressen un fenotip concret donades certes condicions ambientals.

La teoria del fenotip estès

El concepte de fenotip estès va ser proposat per Richard Dawkins en el seu llibre “El Fenotip Estès” (1982). Dawkins es va fer famós després de la publicació de la que seria la seva obra divulgativa més polèmica, “El gen egoista” (1976), la qual li serví de base per a l’elaboració de la seva teoria sobre el fenotip estès.

Segons el propi Dawkins, un fenotip estès és aquell que no es limita al cos individual en el qual s’allotja un gen; és a dir, són “tots els efectes que un gen causa sobre el món”. Així doncs, un gen pot influir en el medi ambient en què viu un organisme per mitjà del comportament d’aquest organisme.

Dawkins també considera que un fenotip que va més enllà del propi organisme podria arribar a influir en el comportament d’altres organismes al seu voltant, beneficiant així a tots ells o únicament a un… i no necessàriament a l’organisme que expressa el fenotip. Això ens duria a escenaris a priori estranys com, per exemple, que el fenotip d’un organisme fora avantatjós per a un paràsit que l’ataqués en lloc de per a ell mateix. Aquesta idea es resumeix en el que Dawkins anomena el “Teorema central del fenotip estès”: “el comportament d’un animal tendeix a maximitzar la supervivència dels gens ‘per’ aquest comportament, independentment que aquests gens estiguin o no dins del cos de l’animal que manifesta aquest comportament”.

Aquesta idea tan complexa adquireix sentit si tenim en compte la premissa bàsica de la qual parteix Dawkins, la qual tracta en la seva obra “El gen egoista”: la unitat bàsica de l’evolució i únic motor de la selecció natural, més enllà dels individus i les poblacions, són els gens, sent els cossos dels organismes meres “màquines de supervivència” millorades per assegurar la perpetuació dels gens.

Exemples de fenotip estès

Potser tots aquests conceptes semblen molt complicats, però ho entendreu tot molt millor amb alguns exemples. Segons Dawkins, hi ha tres tipus bàsics de fenotip estès.

1) Arquitectura animal

Els castors construeixen dics i modifiquen el seu entorn, de la mateixa manera que una colònia de tèrmits construeix un termiter i altera el terreny, com a part del seu estil de vida.

Dic construït per castors. Imatge de Hugo.arg (CC 4.0)

Termiters a Austràlia. Imatge de domini públic.

D’altra banda, les cases o estoigs que construeixen els tricòpters al seu voltant a partir de material disponible en el medi milloren la seva supervivència.

Larva de tricòpter dins del seu estoig fet de material vegetal. Imatge de Matt Reinbold (CC 2.0)

Tots aquests són exemples del tipus de fenotip estès més simple: l’arquitectura animal. El fenotip és, en aquest cas, una expressió física o material del comportament de l’animal que contribueix a millorar la supervivència dels gens que expressen aquest comportament.

2) Manipulació del comportament de l’hoste per part del paràsit

En aquest tipus de fenotip estès, el paràsit expressa uns gens que controlen el comportament del seu hoste. Dit d’una altra manera, el genotip del paràsit manipula el fenotip (en aquest cas, el comportament) del parasitat.

Un exemple clàssic és el de grills sent controlats per nematomorfs o gordiacis, un grup de “cucs” parasitoides (en anglès, “hair worms”), com s’explica en aquest vídeo:

En resum: les larves d’aquests cucs es desenvolupen dins d’hostes aquàtics, com les larves de les efímeres. Quan les efímeres assoleixen l’edat adulta un cop feta la metamorfosi, es desplacen volant a terra ferma, on moren; i és aquí on els grills entren en escena: un grill adult s’alimenta de les restes de les efímeres i adquireix els parasitoides, els quals es desenvolupen a l’interior del grill alimentant-se del seu greix corporal. Els cucs adults han de tornar al medi aquàtic per a completar el seu cicle vital i, per fer-ho, controlen el cervell del grill per “obligar-lo” a anar fins a una font d’aigua. Un cop a l’aigua, els cucs deixen enrere el cos del grill, el qual mor ofegat.

Altres exemples són el de les femelles de mosquit portadores del protozou de la malària (Plasmodium), el qual fa que les femelles de mosquit (Anopheles) se sentin més atretes per l’alè humà que les no infectades, i el de les gales induïdes en plantes per diversos insectes, com els cinípids (petites vespes).

3) Acció a distància

Un exemple recurrent d’aquest tipus de fenotip estès és la manipulació del comportament de l’hoste per part dels pollets de cucut (grup d’aus de la família Cuculidae). Moltes espècies de cucuts, com el cucut comú (Cuculus canorus), ponen els ous en els nius d’altres aus perquè aquestes els criïn enlloc seu; al mateix temps, els pollets de cucut eliminen la competència desfent-se dels ous de l’altra espècie.

Mireu com el pollet de cucut es desfà dels ous d’una boscarla de canyar (Acrocephalus scirpaceus)!

En aquest cas de parasitisme, el pollet no està físicament associat a l’hoste, però influeix en l’expressió del seu fenotip conductual.

Boscarla de canyar alimentant un pollet de cucut comú. Imatge de Per Harald Olsen (CC 3.0).

.            .            .

Hi ha molts més exemples i estudis sobre aquest concepte. Si us interessa molt el tema, us recomano la lectura del gen egoista (sempre des d’una mirada crítica i oberta). Si, a més a més, teniu uns bons coneixements en biologia, us animo a llegir-vos també el fenotip estès.

Imatge de portada: Alandmanson / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

El color de la sang: més enllà del vermell

Hi ha persones que recorden amb gran impacte la primera vegada que van veure la seva pròpia sang. Fins i tot d’adultes i en condicions controlades (per exemple, durant una extracció en un centre mèdic) la visió del fluid vermell no sempre els resulta agradable. De vegades d’un vermell més intens, de vegades més fosc, però sempre vermell… o no? Saps si hi ha animals amb sang blava, verda o potser… groga? Segueix llegint per descobrir-ho.

Estem habituats a que el color de la sang sigui vermell, ja que és el color de la nostra i el de molts vertebrats, com tots els mamífers. El color de la sang és deguda als pigments respiratoris, els encarregats de transportar l’oxigen a les cèl·lules de tot el cos i el diòxid de carboni als pulmons. Com recordaràs, el pigment respiratori humà és l’hemoglobina, que es troba en els glòbuls vermells o eritròcits.

Però altres animals tenen pigments respiratoris diferents a l’hemoglobina, que doten a la seva sang de colors tan variats com el verd, blau, groc i fins i tot morat.

Glòbuls vermells humans (eritròcits o hematíes) vistos sota el microscopio electrònic. Imatge: John Kalekos

SANG DE COLOR VERMELL

Com s’ha comentat, el pigment respiratori dels mamífers i molts altres vertebrats és l’hemoglobina, una proteïna. En la seva estructura molecular, l’hemoglobina està formada per 4 subunitats (anomenades globines) unides a un grup hemo. El grup hemo presenta un àtom central de ferro (en forma de ferro II) que és el responsable final del color vermell.

Representació de l’estructura de l’hemoglobina. S’observen les globines unides al seu grup hemo corresponent, i una ampliació del grup hemo amb l’àtom de ferro (II) en el seu centre. Imatge: Buzzle

La tonalitat del vermell pot patir variacions, segons com d’oxigenada estigui l’hemoglobina. Quan està unida a l’oxigen (O₂), es denomina oxihemoglobina i el seu color és d’un vermell clar intens (sang arterial). En canvi, la desoxihemoglobina és el nom que rep l’hemoglobina reduïda, és a dir, quan ha perdut l’oxigen i presenta una color més fosc (sang venosa). Si l’hemoglobina està més oxigenada del normal s’anomena metahemoglobina i té una tonalitat vermell-marró. Això és a causa de la ingesta d’alguns medicaments o d’una malaltia congènita (metahemoglobinèmia).

Diferència de tonalitat entre la sang venosa (xeringues superiors) i sang arterial (xeringues inferiors). Foto: Wesalius

Com s’ha vist, la sang desoxigenada no és blava, sinó que aquesta tonalitat que observem en les nostres venes és causa d’un efecte òptic resultat de la interacció entre la sang i el teixit que recobreix les venes.

SANG DE COLOR BLAU

Alguns animals, en canvi, sí que tenen la sang blava. És el cas de crustacis decàpodes, algunes aranyes i escorpins, xifosurs, cefalòpodes i altres mol·luscs. En tractar-se d’invertebrats, hem de precisar que en lloc de sang el seu líquid intern es diu hemolimfa, però en aquest article no distingirem sang d’hemolimfa per a la seva millor comprensió.

Vista ventral d’un xifosur ferit, en la que es pot observar su sangre azul. Foto: Dan Century

El pigment responsable del color blau de la sang en aquests animals és l’hemocianina. La seva estructura és força diferent de la de l’hemoglobina, i en lloc de ferro, en el seu centre té un àtom de coure I. Quan l’hemocianina està oxigenada, és blava, però quan està desoxigenada és incolora.

Estructura química de l’hemocianina oxigenada. Imatge: Chemthulhu

SANG DE COLOR VERD

Existeixen alguns animals amb la sang de color verd, com alguns cucs anellats, algunes sangoneres i alguns cucs marins. El seu pigment respiratori, anomenat clorocruorina, els confereix a la seva sang un color verdós clar quan està desoxigenada, i una mica més fosc quan està oxigenada. Estructuralment és molt semblant a l’hemoglobina, ja que també posseeix un àtom de ferro en el seu centre. A diferència d’ella, no es troba en cap cèl·lula, sinó que sura en el plasma sanguini.

Estructura química de la clorocruorina. Imatge de dominio público

 

Tub que conté sang verda d’un llangardaix de Nova Guinea. Foto: Christopher Austin

En el caso de vertebrats amb la sangre verda (com certs llangardaixos de Nova Guinea), el color es deu a la biliverdina, que resulta de la degradació de l’hemoglobina. La biliverdina és tòxica, però aquests llangardaixos són capaços de suportar alts nivells en el seu cos. En la resta de vertebrats, si els nivells de biliverdina són elevats perquè el fetge no la pot degradar a bilirubina, provoquen icterícia, malaltia que dota d’un color groguenc a la pell i còrnies dels ulls. Però en espècies de llangardaixos com Prasinohaema prehensicauda, l’elevada presència de biliverdina podria protegir-los contra la malaria, segons alguns estudis.

Espècie de llangardaix de Nova Guinea amb sang verda. Foto: Christopher Austin

SANG DE COLOR GROC

Els tunicats (ascidis fixes) són un tipus d’animals amb la sang de color groc/groc verdós. El pigment responsable d’aquest color és la hemovanabina, una proteïna que conté vanadi, encara que no transporta oxIgen, pel que la seva funció segueix sent desconeguda. De la mateixa manera, el color groguenc, groc verdós i fins i tot taronja de la sang (hemolimfa) d’alguns insectes tampoc es deu a la presència d’un pigment respiratori, sinó a altres substàncies dissoltes que no transporten oxigen.

Tunicat (Didemnum molle) a Sulawesi, Indonèsia. Foto: Bernard Dupont

SANG DE COLOR VIOLETA

Alguns invertebrats marins tenen la sang (hemolimfa) violeta, com els priapúlids, sipuncúlids, braquiòpodes i alguns anèl·lids.

Priapulus caudatus, un priapúlid. Foto: Shunkina Ksenia

El pigment respiratori responsable es l’hemeritrina, que es torna violeta-rosat quan està oxigenada. En la seva forma desoxigenada és incolora. Igual que la resta de pigments respiratoris que hem vist, l’hemeritrina és menys eficient que l’hemoglobina per transportar oxigen.

Estructura química de l’hemeritrina en la seva forma oxigenada. Igual que l’hemoglobina, l’elemento central es el ferro II.

SANG TRANSPARENT

Finalmente, existeix una familia de peixos anomenats peixos de gel , els quals tenen la sang transparent. En realitat, es tracta dels únics vertebrats que han perdut l’hemoglobina. De la mateixa manera, els eritròcits són generalment absents o disfuncionals. Aquesta estranya anatomia és pel fet que viuen en aigües molt oxigenades i el seu metabolisme és molt lent. Perquè l’oxigen arribi a totes les cèl·lules, es dissol en el plasma sanguini, que el reparteix per tot el cos.

Peix de gel (Chionodraco hamatus). Foto: Marrabbio2

CONCLUSIÓ

Per concloure, hem vist que en els animals que requereixen un pigment respiratori per fer arribar l’oxigen a tots els teixits, el color de sang (o hemolimfa) dependrà del tipus de pigment que estigui present. Per contra, altres animals que no necessiten pigments respiratoris, tenen la sang transparent o la seva coloració és deguda a altres substàncies dissoltes que no tenen a veure amb la respiració.

Infografia-resum (en anglès) de la química dels principals pigments respiratoris sanguinis o hemolimfàtics (clic per ampliar). Imatge: Compound interest

 

Foto de portada: John Kalekos

D’on venen els noms de les espècies?

Tots els éssers vius del planeta coneguts posseeixen noms que permeten la seva identificació. No obstant això, únicament els noms científics es consideren vàlids en biologia científicament parlant. Qui s’encarrega d’assignar aquests noms? Sempre s’ha fet de la mateixa forma? I el més important: existeixen normes a l’hora de posar un determinat nom?

En un altre post de All you need is Biology, et parlàvem de la classificació i filogènia dels organismes. En aquest, t’expliquem com ho fan els biòlegs per posar-los nom. Descobriràs moltes curiositats!

La importància dels noms científics

Si ens pregunten què és un gos o un gat, tots sabrem de quins animals es tracta. Tanmateix, aquests noms no resulten útils des d’un punt de vista científic (encara que els biòlegs els fem servir tot sovint), especialment quan es duen a terme estudis i publicacions. Els noms comuns (“gos”, “gat”) no són constants; cada idioma, cada país, i fins i tot cada regió, disposa dels seus propis termes per designar els mateixos organismes. Fins i tot de vegades canvien amb el temps o són usats per designar animals diferents (una llagosta pot ser un crustaci marí o un insecte de l’ordre dels ortòpters).

Com veieu, això pot generar confusió. Si algú publica que ha dut a terme un estudi sobre la reproducció en poblacions de guacamais, no sabríem exactament de quina espècie ens estan parlant; el nom comú d’aquesta au varia entre països i hi ha diferents espècies de guacamais, de manera que l’estudi no ens diria gran cosa.

És per això que la correcta classificació i designació de noms científics és tan important: són constants a nivell mundial (s’eviten problemes de traducció) i al·ludeixen a un únic organisme sense ambigüitats.

Actualment, la designació de noms científics segueix la nomenclatura binomial, és a dir, el nom científic de cada espècie està compost per dos termes: el gènere (un nivell de classificació superior a l’espècie) i l’epítet o nom específic (que no l’espècie, com es sol confondre). Mentre que el primer terme té validesa per si mateix, el segon només té valor si va precedit del gènere.

Així, i seguint amb l’exemple anterior, els denominats guacamais en aquest estudi en realitat pertanyen al gènere Ara, però hi ha diverses espècies de guacamais relacionades entre sí dins d’aquest gènere (Ara ararauna, Ara glaucogularis, Ara militaris…).

Guacamai de l’espècie Ara ararauna. Imatge de Ralph Daily, CC.

Ara bé, això sempre ha estat així? Com ha canviat la manera que tenim de denominar les espècies?

Linné, el pare de la nomenclatura binomial

Des de sempre, els biòlegs han tractat de classificar i donar nom als organismes. La branca encarregada de definir i posar nom a grups d’organismes basant-se en les seves característiques compartides rep el nom de taxonomia.

En un principi, no existia un consens clar sobre com s’havia de posar un nom. Pels primers “taxònoms”, era especialment important, per exemple, la diferenciació i identificació de plantes verinoses i medicinals, en relació a les quals ja es té constància d’alguns documents de l’Egipte de fa més de 3000 anys.

El primer en classificar formalment als organismes va ser Aristòtil (384-322 AC), el qual va fer la primera distinció entre animals i plantes, a més d’iniciar les primeres classificacions en base a les “parts” dels organismes: si tenien quatre potes, el cos calent, etc.

Durant l’edat mitjana i inicis de l’edat moderna, la majoria de científics seguien el sistema aristotèlic. Gràcies a les millores en els estris d’observació, com el desenvolupament de les primeres lents òptiques durant el segle XVI i XVII, alguns van començar a millorar les seves descripcions, deixant a poc a poc de banda aquest sistema.

No obstant això, entre els taxònoms seguia sense existir un consens sobre com havien d’assignar els noms. Prèviament al sistema binomial que fem servir actualment, les espècies eren denominades mitjançant un terme (el gènere) i, a continuació, un nom o epítet específic format per una o diverses paraules que descrivien l’espècie. Aquest sistema, conegut com a sistema polinomial, permetia l’existència de noms tan llargs com: Plantago foliis ovato-lanceolatus pubescentibus, spica cylindrica, scapo tereti. Clarament, aquest sistema no era gens òptim.

Entre el segle XVI-XVII, Caspar Bauhin va donar els primers passos per simplificar aquest sistema, reduint en molts casos els noms a tan sols dos termes. Tanmateix, va ser el botànic suec Carl von Linné (o en el seu nom llatinitzat, Carolus Linnaeus) qui va formalitzar l’ús de la nomenclatura binomial en la seva publicació Species Plantarum (1753). A partir d’aquest moment, les espècies rebien un nom amb únicament dos termes: el gènere i un terme trivial designat pel seu descriptor; per exemple, Panthera tigris (tigre).

Carl von Linné. Imatge de Domini Públic.

El fet que es fixés aquest sistema resulta important per tres motius:

• La seva economia: només calen dues paraules per identificar una espècie de forma inequívoca.
• La seva difusió i ús generalitzat per la comunitat científica: aquesta regula i fomenta el seu ús.
• La seva estabilitat: s’intenta conservar el nom original tot i que es facin canvis a posteriori en la classificació de l’organisme.

Com posar nom a un organisme: els codis de nomenclatura

Taxonomia i nomenclatura són dos conceptes inseparables, però diferents. Mentre que la taxonomia és la ciència encarregada de la descripció i classificació de grups d’organismes, la nomenclatura és l’eina que permet als taxònoms establir-ne els noms.

L’any 1758, Linné establí les bases per a la classificació objectiva de totes les espècies en la 10a edició de la seva obra Sistema Naturae:

• Cada espècie biològica ha de tenir assignat un nom científic, únic i universal.
• Quan una espècie rebi dos o més noms científics assignats per diferents investigadors, es respectarà el més antic.
• Els noms científics es componen de dues paraules en llatí (o grec): la primera determina el gènere i la segona, l’espècie dins d’aquest gènere.
• La inicial del gènere s’ha d’escriure en majúscula, mentre que el nom o epítet específic s’ha d’escriure en minúscula. D’altra banda, tots dos termes s’han d’escriure en cursiva o subratllats.

Portada de la 10a edició de Sistema Naturae. Imatge de Domini Públic.

Si bé aquests punts són senzills, la nomenclatura s’ha tornat més complexa. Actualment, hi ha codis internacionals de nomenclatura per a cada grup d’organismes, com l’ICZN (International Code of Zoological Nomenclature) o l’ICN (International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants), entre altres. Els taxònoms de cada especialitat han d’obeir els seus respectius codis a l’hora de posar nom als seus organismes.

Dos dels criteris més importants a l’hora de posar nom a una espècie són la validesa i la disponibilitat dels noms. Posem, per exemple, que descobrim una nova espècie de vespa del gènere Polistes: per començar, el nom que li assignem (Polistes x) ha d’estar disponible, és a dir, ha de complir els requisits necessaris per poder ser assignat. Aquests requisits estan recollits en els respectius codis, els quals prenen com a referència els criteris del sistema binomial de Linné. A més a més dels citats anteriorment i d’altres, un nom és disponible si va acompanyat d’una descripció. La disponibilitat d’un nom pot canviar envers certes circumstàncies; per exemple, un nom considerat no disponible per absència de descripció, pot tornar a estar disponible si es publica de nou seguint els criteris del codi.

D’altra banda, el nom ha de ser vàlid, és a dir, que no hagi estat usat prèviament per designar un altre organisme o considerat invàlid. Per exemple, dos taxònoms descriuen la mateixa espècie amb noms diferents i un any de diferència; en aquest cas, el nom vàlid serà el més antic i el segon passarà a ser un sinònim aplicant el principi de prioritat, deixant de ser vàlid pel seu ús. És per això que un taxònom hauria de realitzar un estudi previ de les espècies existents, evitant descriure-les per duplicat o fer servir noms ja existents.

Quan posar noms se’ns escapa de les mans…o no

A l’hora de posar nom a una espècie, el més habitual és que es faci en base a alguna característica específica de l’organisme (Dosidicus gigas (calamar gegant)), la seva localitat (Synergus mexicanus (vespa de les gales mexicana)) o en honor a familiars o altres científics. Passa el mateix amb els gèneres o altres grups.

Tanmateix, el món de la nomenclatura està ple de curiositats, des de científics que assignen noms extravagants, passant pels que aprofitaven l’oportunitat per insultar altres científics, a aquells que posen noms dels seus personatges o sèries preferides:

• Hi ha un gènere d’arnes denominat La (per Bleszynski, 1966). La seva ambigüitat amb l’article “la” torna bojos als motors de recerca d’Internet (a més a més de no saber si s’està parlant d’un gènere…). I per si no en teníem prou, algunes de les seves espècies van rebre noms tan originals com La cerveza, La cucaracha o La paloma.
• Mentre que alguns es queden curts, altres es passen: Gammaracanthuskytodermogammarus, Rhodophthalmokytodermogammarus i Siemienkiewicziechinogammarus són noms de gèneres que el naturalista Dybowski va assignar a diferents amfípodes (crustacis) del llac Baikal. Segur que va riure molt!
• Durant un temps, va ser costum usar els epítets com a mitjà per a insultar a altres científics (per ex. stupidus). Per sort, actualment està estrictament prohibit.
• Abra cadabra, Aha ha, Attenborosaurus (gènere de dinosaure dedicat al naturalista David Attenborough), Acledra nazgul, Desmia mordor (tots dos en honor al Senyor dels Anells), entre d’altres.

Val a dir que els respectius codis tracten d’evitar aquest tipus de noms, tot i que no deixen de ser divertits. I si no n’has tingut prou, fes una ullada a  aquest llistat. No et decebrà!

.           .           .

Encara penses que posar un nom a un organisme és una tasca senzilla?

Referències

• Web de la Comissió Internacional de Nomenclatura Zoològica (en anglès, ICZN): http://iczn.org/.
• Web de l’Associació Internacional de Taxonomia de Plantes (en anglès, IAPT): http://www.iapt-taxon.org/pages/nomenclature
• Web del Comitè Internacional de Taxonomia de Virus: https://talk.ictvonline.org/information/w/ictv-information/383/ictv-code
• Web del Comitè Internacional de Sistemàtica de Procariotes: http://www.the-icsp.org/bacterial-code
• Web personal de Doug Yanega, investigador senior del museu d’investigació entomològica de la Universitat de Califòrnia, amb el seu llistat de noms curiosos: http://cache.ucr.edu/~heraty/yanega.html

Foto de portada realitzada per Irene Lobato Vila (autora de l’article) al Museu Nacional d’Història Natural de l’Smithsonian (Washington D.C., EUA).

Biologia i vida extraterrestre

Freqüentment apareixen noves notícies sobre planetes de recent descobriment que podrien albergar vida extraterrestre. L’avenç científic no para de llançar nova informació sobre Mart, altres móns amb aigua i éssers vius extremadament resistents, com els tardígrads. ¿Però podria existir la vida fora de la Terra? Què és la vida? Què es necessita perquè es mantingui? D’això se n’encarrega l’astrobiologia. Coneix-la!

ASTROBIOLOGIA I EXOBIOLOGIA

L’astrobiologia és un conjunt de diferents disciplines científiques que estudia l’existència de la vida a l’univers. Combina coneixements de biologia, física, química, astronomia, ecologia, geografia, geologia, ciència planetària i biologia molecular. Dins de l’astrobiologia, l’exobiologia estudia científicament les possibilitats de vida fora del nostre planeta. Cal no confondre-la amb la ufologia, una pseudociència. L’astrobiologia intenta respondre a preguntes tan apassionants com:
– ¿Què és la vida?
– Com va aparèixer la vida a la Terra?
– Com evoluciona, es desenvolupa la vida i quina és la seva adaptabilitat?
– Quin és el futur de la vida a la Terra i altres llocs?
– Existeix vida en altres móns?

No, ni això és un marcià ni es astrobiologia. Font

QUÈ ÉS LA VIDA?

Encara que sembli una pregunta banal, la vida no és fàcil de definir. Aparentment podem reconèixer si els éssers són vius o no si realitzen certes funcions i posseeixen certes característiques:

• Nutrició: obtenen energia de l’exterior per mantenir el seu medi intern constant (homeòstasi).
• Reproducció: poden crear còpies de si mateixos
• Relació: es relacionen amb el medi i altres éssers vius
• Organització: els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules.
• Variació: la variabilitat entre individus permet a les espècies evolucionar.

Els problemes comencen quan trobem éssers que no compleixen totes les característiques. L’exemple més clàssic serien els virus: són incapaços de reproduir-se per si mateixos i no tenen estructura cel·lular. Un altre exemple serien els eritròcits (glòbuls vermells) de mamífers, cèl·lules sense material genètic ni mitocondris.

Microfotografia amb microscopi electrònic del virus de l’Èbola (Foto pública de la CDC)

QUÈ ES NECESSITA PER QUE EXISTEIXI VIDA?

Només coneixem un tipus de vida: el terrestre. És per això que els astrobiòlegs necessiten prendre-ho com a referència per saber què buscar en altres llocs. Podrien existir altres formes de vida diferents a les terrestres? Potser, però seria gairebé impossible reconèixer-les. Si no saps què busques, pot ser que ho trobis però no te n’adonis.

Es considera que perquè aparegui i es desenvolupi la vida es necessita:

• Un líquid on tinguin lloc reaccions químiques: a la Terra, és l’aigua.
  
• Un element amb facilitat per formar compostos estables: a la Terra, és el carboni.
  
• Una font d’energia: a la Terra, és el Sol.

Partint d’aquesta base, es busquen planetes o satèl·lits amb aquestes característiques, tot i que no es descarten altres possibilitats com metà líquid (és el cas de Tità, satèl·lit de Saturn), età, àcid sulfúric, amoníac o àcid acètic com a solvent, o formes de vida basades en altres elements com el silici, una constant en relats de ciència-ficció.

Representació artística dels llacs de metà de Tità. Crèdit: Steven Hobbs

QUÈ ES NECESSITA PERQUÈ ES MANTINGUI LA VIDA?

El cos celest en qüestió també ha de complir una sèrie de característiques perquè la vida es pugui mantenir:

• Abundància d’elements químics com el carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen per formar compostos orgànics.
  
• Que el planeta/satèl·lit es trobi dins de la zona d’habitabilitat de la seva estrella. Resumidament, que orbiti a una distància que permeti unes temperatures ni molt altes ni molt baixes.

Zona d’habitabilitat (verd) segons la temperatura de l’estrella. Vermell: massa calenta, blau: massa fred. Font: NASA / Missió Kepler / D. Berry 

• Una font d’energia suficient per mantenir la temperatura i permetre la formació de molècules complexes.
• Una gravetat adequada per mantenir una atmosfera i no aixafar als éssers vius del planeta
• Que el planeta tingui un camp magnètic per desviar la radiació incompatible amb la vida provinent de la seva estrella.

El camp magnètic terrestre protegeix la vida del vent solar. Font: ESA

 En el nostre Sistema Solar, els candidats que possiblement compleixen aquestes característiques són Mart, Europa i Ganimedes  (satèl·lits de Júpiter), Encèlad i Tità (satèl·lits de Saturn) i Tritó (satèl·lit de Neptú).

PER QUÈ EL CARRBONI?

Els éssers vius estem formats per cèl·lules, i aquestaes al seu torn, si anem reduint la escala, de molècules i àtoms (com tota la matèria). Per què la vida està basada en el carboni?

En realitat, en la constitució dels organismes intervenen 26 elements, però el 95% de la matèria viva es compon de carboni (C), hidrogen (H), nitrogen (N), oxigen (O), fòsfor (P) i sofre (S). Podem imaginar-los com els “maons de la vida”: combinant aquestes peces bàsiques, podem obtenir organismes complexos. Aquests maons poden unir-se a altres mitjançant enllaços covalents. Metafòricament, els àtoms els podem imaginar com esferes amb mans els quals es poden agafar a altres mans lliures. Per exemple, la principal molècula de font d’energia per a tots els éssers vius és l’ATP (trifosfat d’adenosina), de fórmula C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃.

 

Representació esquemàtica dels àtoms de carboni, hidrogen,oxigen, nitrogen, fòsfor i les seves valències (enllaços possibles). Producció pròpia basada en la figura 6.3 de “La vida en el espacio” (veure referències)

 

L’element candidat a sustentar la vida hauria de ser un element abundant, capaç de formar gran quantita td’enllaços am si mateix i amb altres elements. Dels 5 elements més abundants a l’univers:

• Heli:  no forma compostos.
• Hidrogen i oxigen: tenen 1 i 2 mans, de manera que només poden formar compostos molt senzills.
  
• Nitrogen: pot unir-se a 3 àtoms, però no es coneixen cadenes de diversos àtoms de nitrogen.
• Carboni: té 4 mans, per la qual cosa pot unir-se fortament amb altres carbonis amb enllaços simples, dobles, o triples. Això li permet formar cadenes llarguíssimes i estructures tridimensionals i encara li poden “sobrar” mans amb les quals unir-se a nitrogen, oxige, sofre, fòsfor i hidrogen. Aquesta versatilitat permet construir molècules químicament actives i complexes, justament la complexitat que fa possible la vida.

Estructura química de l’ADN, on es pot observar la importància de la capacitat del carboni de formar llargues cadenes i anells. Font

Podria haver vida en un altre lloc basada en un àtom diferent?

ALTERNATIVES AL CARBONI

EXTRATERRESTRES DE SILICI

Com establir 4 enllaços és tan útil, el silici és el primer candidat pel qual aposten astrobiòlegs i escriptors de ciència ficció, encara que no sigui tan abundant com el carboni. El silici (Si) també pot formar 4 enllaços i és abundant en planetes rocosos com la Terra, però…

• L’enllaç Si-Si és bastant feble. En un medi aquós, la vida basada en silici no es mantindria durant molt de temps ja que molts compostos es dissolen en ella, encara que podria ser possible en un altre mitjà, com nitrogen líquid (Bains, W.).
• És molt reactiu. El silà per exemple (equivalent del metà, però enlloc de carboni amb un àtom de silici) crema espontàniament a temperatura ambient.
• És sòlid a la majoria de temperatures. Forma molt fàcilment estructures amb l’oxigen (sílice o diòxid de silici), però el resultat gairebé sempre és un mineral (quars): massa simple i només reacciona fos a 1000ºC.
• No forma cadenes ni xarxes amb si mateix, per la seva major grandària respecte el carboni. De vegades forma cadenes llargues amb oxigen (silicones), a les que potser es podrien unir a altres grups per formar molècules complexes. Justament l’extraterrestre de la pel·lícula Alien, el vuitè passatger posseeix teixits de silicona. Els éssers formats per silicones serien més resistents, la qual cosa porta a especular quin tipus de condicions extremes podrien suportar.

Horta, una forma de vida basada en el silici apareguda a la sèrie de ciència ficció Star Trek. Font

EXTRATERRESTRES DE NITROGEN I FÒSFOR

Vegem algunes característiques del nitrogen i fòsfor per separat:

• Nitrogen: només pot formar 3 enllaços amb altres molècules i és poc reactiu.
• Fòsfor:  els seus enllaços són febles i els enllaços múltiples poc comuns, encara que pot formar llargues cadenes. El problema és que és massa reactiu.

Combinant els dos, es podrien obtenir molècules estables, però els éssers basats en nitrogen i fòsfor tindrien altres problemes: els compostos de nitrogen, dels quals haurien d’alimentar-se, no es troben en suficient quantitat en els planetes i el cicle biològic no seria favorable energèticament parlant.

EXTRATERRESTRES DE BOR, SOFRE I ARSÈNIC

Les bioquímiques més improbables podrien basar-se en aquests elements:

• Bor: pot formar cadenes llargues i unir-se a altres elements com el nitrogen, hidrogen o carboni.
• Sofre: pot formar cadenes llargues, però per la seva grandària és altament reactiu i inestable.
• Arsènic: és massa gran pa ra formar compostos estables, tot i que les seves propietats químiques són semblants a les del fòsfor.

El 2010, la revista Science va publicar un estudi en el qual s’afirmava haver descobert un bacteri (GFAJ-1) capaç de viure només d’arsènic, letal per a qualsevol ésser viu. Trencava el paradigma de la biologia en no fer servir el fòsfor (recordeu l’ATP i l’estructura de l’ADN) i obria noves vides d’estudi per a l’astrobiologia. El 2012, dues investigacions independents refutaven la teoria de la investigadora Felisa Wolfe-Simon i el seu equip. El fòsfor segueix sent essencial perquè els organismes puguin viure i desenvolupar-se en la Terra.

El bacteri GFAJ-1. Font

De moment, aquestes bioquímiques hipotètiques no són més que especulacions, de manera que els astrobiòlegs continuen buscant vida basada en el carboni, encara que ja sabem que la ciència mai ens deixa de sorprendre. Encara que poguéssim identificar vida basada en altres elements, si algun dia trobem vida extraterrestre (o viceversa) la revolució serà tan gran que encara que sigui basada en el carboni, donarà molt que parlar.

REFERÈNCIES

• Mix, L.J. 2010. La vida en el espacio. Crítica
• Giménez A., Gómez, J., Rodríguez E., Martín, D. (Coordinadors). Astrobiología: sobre el origen de la vida en el universo. 2011, CSIC.
• Apunts del curs L’astrobiologia i la recerca de vida extraterrestre . Universitat d’Edimburg
• Superlife: el silicio orgánico
• Foto de portada (Face hugger basat en la pel·lícula Alien)Save </ span>  

SaveSave

SaveSave

SaveSave

SaveSave

SaveSave

Genitals animals: amfibis, rèptils i mamífers

Després de la primera part sobre els genitals d’aus i peixos, tanquem capítol sobre les curiositats dels penis, vagines i altres òrgans reproductors d’amfibis, rèptils i mamífers.

GENITALS EN AMFIBIS

Com ja vam veure en l’article anterior, la cloaca és l’orifici on conflueixen els aparells digestiu, reproductor i excretor. Tots els amfibis posseeixen cloaca, així com els rèptils, aus i alguns peixos (taurons i rajades) i mamífers. Les larves dels amfibis es caracteritzen per patir una gran transformació coneguda com metamorfosi .

No et perdis l’exitós article sobre amfibis lladres d’esperma .

ANURS

De reproducció externa, l’aparellament dels anurs (amfibis sense cua, com les granotes) es produeix normalment a l’aigua. En els anurs  el mascle, de menor grandària que la femella, s’agafa a la femella fermament. Aquest abraçada es denomina amplexe. Les contraccions de la femella en expulsar els ous estimulen al mascle per ruixar-los d’esperma en el mateix moment que són expulsats. Els ous queden units per una massa gelatinosa que adquireix diferents formes segons l’espècie.

Amplexe de Litoria xanthomera. Foto: Rainforest harley

Les granotes mascle del gènere Ascaphus tenen una pseudocua que no és més que una extensió de la cloaca. Això els ajuda a evitar pèrdues d’esperma en les aigües de gran corrent on viuen, en dipositar l’esperma dins de la cloaca de la femella. Són doncs els únics anurs amb fertilització interna.

Granota amb cua (Ascaphus truei). Foto: Mokele

URODELS

Gairebé tots els urodels (amfibis amb cua, com salamandres i tritons) presenten fecundació interna. El mascle se situa davant la femella i allibera uns sacs (espermatòfors) que contenen els espermatozoides. La femella camina sobre un d’ells, el recull amb els llavis de la cloaca i els situa a l’espermateca, una cavitat on els espermatozoides esperen que els ous passin per la cloaca per anar-los fecundant. La femella posa els ous fecundats un per un enganxant-los a les plantes aquàtiques, excepte en algunes espècies de salamandra, en que la femella els reté i neixen larves vives (ovoviviparisme).

Espermatòfors de salamandra (Ambystoma sp.). Foto: Placeuvm

 

ÀPODES

Els àpodes o cecílies són amfibis sense potes amb fecundació interna, però a diferència dels anurs es produeix inseminació interna. Això és possible gràcies a un pseudo-fal·lus (phallodeum) que tenen els mascles, que s’insereixen a la cloaca de la femella durant dues o tres hores.

Phallodeum d’una cecília. Foto cedida per: Danté Fenolio

En les espècies ovípares (25%) els ous són custodiats per la mare, la resta d’espècies són ovovivípares (75%). En algunes espècies ovovivípares les cries ja neixen metamorfosades, en altres com larva. Durant la seva estada a l’interior de la mare, s’alimenten de cèl·lules de l’oviducte, que raspen amb les seves dents especials. En el cas de l’espècie ovípara Boulengerula taitana, les larves s’alimenten de la pell de la mare, el que els permet créixer 10 vegades la seva grandària en una setmana.

GENITALS EN RÈPTILS

RÈPTILS ESCAMOSOS

Els rèptils escamosos (ordre Squamata), és a dir, llangardaixos, serps i anfisbeníds (serpetes cegues) posseeixen el penis dividit en dos: és el que es coneix com hemipenis. Es manté guardat a l’interior de la cua i surt a l’exterior durant la còpula gràcies als teixits erèctils. Tot i ser doble, durant la còpula només s’introdueixen a la femella una de les parts, encara que poden fer-ho alternativament. Els extrems poden ser llisos o presentar punxes o estructures per assegurar l’adherència a la cloaca de la femella.

Sargantana vivípara (Zootoca vivipara) amb els hemipenis a la vista. Foto: Charlesjsharp

TORTUGUES

En algunes tortugues marines, la cloaca conserva la capacitat d’intercanvi gasós, en altres paraules, de respirar. L’aigua passa lentament per ella, el que permet recollir l’oxigen i portar-lo fins als pulmons.

Les tortugues mascle posseeixen un penis simple que està plegat en dos a la cloaca, dins de la cua, de manera que la cua dels mascles és més gruixuda i llarga que la de les femelles. Durant l’erecció, s’omple de fluid, es desplega i surt a l’exterior, aconseguint una mida comparativament bastant gran.

Penis de tortuga mediterrània (Testudo hermanni). Font

COCODRILS

Els cocodrils tenen un penis rígid (sempre a erecció) amagat dins del cos que surt disparat com un ressort a l’exterior en el moment de la còpula i s’amaga de nou a la mateixa velocitat. Segons aquest estudi , el teixit fibrós i col·lagen del penis permetria la no existència d’erecció i detumescencia.

En aquest vídeo es pot observar com emergeix el penis d’un aligàtor americà durant la seva disseció, en tocar el nervi pèlvic.

GENITALS EN MAMÍFERS

MAMÍFERS MONOTREMES

Els monotremes són els mamífers més primitius, amb algunes característiques reptilianes, com la posta d’ous i la presència de cloaca. Ornitorrincs i equidnes són els representants més coneguts.

El penis dels monotremes tenen 4 extremitats, encara que no totes poden funcionar simultàniament. S’usa només la meitat, és a dir, dues bifurcacions cada vegada. En el cas de l’ornitorinc només funciona la banda esquerra, ja que la femella només té funcional l’ovari esquerre.

Penis d’equidna. Font

MAMÍFERS MARSUPIALS

Els marsupials són aquells mamífers en què la cria acaba el seu desenvolupament en el marsupi, una mena de bossa que posseeixen les femelles on es troben les mames. Els més coneguts són els cangurs, coales, opòssums i l’extint llop marsupial.

Generalment les femelles tenen dues vagines, que encaixen amb els penis bifurcats dels mascles, que es retreuen dins el cos en forma de S quan estan en repòs. Els penis dels marsupials, a diferència d’alguns placentaris, no posseeixen cap os al seu interior.

Penis d’opòssum. Foto: Ellen Rathbone

En el cas dels cangurs, les femelles posseeixen tres vagines (que s’uneixen en una sola obertura a l’exterior) i dos úters. Les dues vagines laterals condueixen l’esperma cap als úters i la central és per on baixa la cria durant el part.

Sistema reproductor de les femelles marsupials. Foto: National Geographic

MAMÍFERS PLACENTARIS

OS PENIÀ I ERECCIÓ

En els mamífers placentaris, com els humans, la cria es desenvolupa a l’úter i és nodrit mitjançant la placenta. Molts mascles de placentaris presenten un os penià o bàcul. Aquest os permet la còpula encara que no hagi erecció.

Os del penis del gos. La fletxa assenyala la ubicació del solc uretral. Foto: Didier Descouens

Alguns placentaris han perdut el bàcul: és el cas dels humans, hienes, èquids (cavalls, zebre …) i lagomorfs (conills, llebres …). En ells, l’erecció és possible gràcies a l’ompliment de sang dels cossos cavernosos.

DOFINS

En el cas dels dofins, el seu penis és prènsil i sensorial. La punta és giratòria i no és rar veure’ls palpar el fons marí amb el seu penis. Això ha donat lloc a falsos mites com que els dofins sempre estan excitats i intenten copular amb qualsevol cosa que se’ls posi per davant. Aquesta capacitat tàctil també els permetria estrènyer llaços socials entre ells, fins i tot entre mascles. Aquest comportament també l’observem en les orques .

La vagina dels dofins està plena de plecs i racons per dificultar l’accés de l’esperma fins a l’òvul, ja sigui de mascles rivals o de mascles amb els que la femella no desitjava aparellar-se. Si vols veure com encaixa el penis a la intricada vagina del dofí clica aquí.

HIENES

A primera vista podríem confondre una hiena mascle amb una femella. Les hienes rialleres (Crocuta crocuta) femella, tenen una llarga vagina que s’estén en un clítoris extern de la mateixa mida que el penis masculí. Les cries doncs, han de travessar aquest llarg canal en néixer, que pateix grans estrips en els primers parts i en ocasions les cries moren per no poder travessar-lo. A més, els llavis vaginals també són grans i plens de greix, el que podria arribar a recordar a uns testicles.

Genitals de la hiena riallera. Fuente: Quora

REFERÈNCIES

• Intimate details of dolphin sex revealed
• Kangaroos have three vaginas
• Do kangaroos really have three vaginas. If so, why?
• Extraños penes animales
• Sistema urogenital de las tortugas
• Terrifying sex organs of male turtles
• The alligator has a permanently erect bungee penis
• Sistema excretor y aparato urogenital de los anfibios
• Nussbaum, Ronald A. (1998). Cogger, H.G.; Zweifel, R.G., eds. Encyclopedia of Reptiles and Amphibians. San Diego: Academic Press. pp. 52–59.
• Foto de portada

Genitals animals: aus i peixos

La funció de l’aparell reproductor és aparentment simple: transmetre els gens a la següent generació. Per què doncs presenta formes tan diferents i curioses en tot tipus d’animals? No seria suficient amb un simple canal emissor d’esperma i un simple receptor? Descobreix en aquest article les diferents formes i estratègies reproductives d’aus i peixos. Si vols conèixer els dels amfibis, rèptils i mamífers visita aquest article.

LA VIDA SEXUAL DELS ANIMALS

Els animals presenten diferents estratègies de reproducció. A primària vam aprendre que la fecundació (trobada dels gàmetes masculins -espermatozoides- i femenins -òvuls-) pot ser:

• Externa (fora del cos de la femella)
• Interna (dins del cos de la femella)

I segons on es desenvolupa l’embrió les espècies són:

• Ovípares: en un ou que eclosiona fora del cos de la mare (la majoria de peixos, amfibis i rèptils)
• Ovovivípares: en un ou que eclosiona dins de la mare (taurons, escurçons, boes …)
• Vivípares: en un úter dins del cos de la mare.

A secundària vam aprendre que hi ha espècies estrategues de la:

• r: no tenen cura de la descendència, que pateix una elevada mortalitat només néixer. Per compensar, posen moltíssims ous. Solen ser animals de vida curta que arriben ràpidament la maduresa sexual (invertebrats en general, peixos, amfibis …)
• K: dediquen més energia a la cura de la cria, per la qual cosa asseguren la seva supervivència i per tant el nombre de cries en cada posta o part. solen ser animals de vida més llarga (gos, elefant, humà…)

Estrateg de la r (ostra, 500.000.000 d’ous per any) VS estrateg de la K (goril·la, 1 cria cada 5 anys). Font

Però si analitzem amb detall la reproducció, no és tan simple com això. La vida sexual dels invertebrats està plena d’estratègies inversemblants per assegurar la fecundació, però parlarem d’elles en una altra ocasió i ens centrarem ara en aus i peixos.

L’EVOLUCIÓ DELS GENITALS

Els òrgans reproductors aparentment són dels que més han variat i més ràpidament al llarg de l’evolució, donant lloc a estructures de gairebé totes les formes i mides imaginables. Si creiem que l’única funció és donar esperma, rebre-l i transportar-lo fins l’òvul ens pot arribar a sorprendre tanta diversitat. En realitat, l’aparell reproductor fa molt més que això i és per això que l’anatomia és tan diferent entre diferents grups animals.

Alguns insectes per exemple, utilitzen el seu penis per al festeig, altres l’utilitzen per fer so i transmetre les vibracions a la femella durant l’aparellament. Si a la femella li agrada la música, permetrà al mascle tenir cura de la seva descendències. Les femelles també tenen adaptacions per administrar l’esperma, com algunes mosques, que poden guardar el de diferents mascles en diferents receptacles del seu aparell reproductor.

Penis amb punxes de l’escarabat Acanthoscelides obtectus. Font

La utilització del penis en el festeig i aparellament per part del mascle i la pròpia administració de l’esperma en les femelles serien dues raons que explicarien la complexitat de formes de genitals animals. La competència per assegurar que l’esperma d’un mascle sigui realment el que fertilitza tots els ous de la femella, seria una altra, amb estratègies tan radicals com taponar els conductes de la femella un cop inseminada perquè cap altre mascle pugui accedir-hi.

Ens centrarem en aquest article en els genitals de peixos i aus, no et perdis el següent article sobre amfibis, rèptils i mamífers.

GENITALS EN PEIXOS

Tot i que en la majoria de peixos la fecundació és externa, alguns posseeixen estructures o pseudopenis per dipositar l’esperma dins la femella.

TIBURONS I RAJADES

Tenen les aletes pèlviques modificades en dos apèndixs anomenats pterigopodis o claspers, amb els quals introdueixen l’esperma a la femella.

Tauró mascle (esquerra) i tauró femella (dreta). Font

Durant la còpula només s’utilitza un, que s’omple d’aigua gràcies a una estructura anomenada sifó per expulsar-la pressió barrejada amb l’esperma. Segons l’espècie, les cries poden néixer del cos de la mare o bé d’un ou.

Naixement d’un tauró i ou fertilitzat. Font

PEIXOS POECÍLIDS

Els peixos de la família Poeciliidae (guppys, mollys, platys, xhipos …), ben coneguts en acuarofília, tenen l’aleta anal modificada en una estructura copuladora anomenada gonopodi. No posen ous sinó que neixen les cries directament del cos de la mare.

Diferència entre guppy mascle i femella. Font

PEIXOS PRIAPIUM

Es tracta d’una família de peixos (Phallostethidae) que presenten l’òrgan copulador sota del cap. S’aparellen cara a cara amb la femella, un cas gairebé únic a animals que viuen sota l’aigua. Amb el priapium s’ancoren a la femella i fertilitzen els òvuls internament durant un temps més llarg que l’habitual en altres espècies.

Mascle de Phallostethus cuulong, descobert al Vietnam. Font

Altres curiositats en peixos són la possessió de tots dos sexes (hermafroditisme) o el canvi de sexe, com en els peixos pallasso.

PEIXOS LOFIFORMES

El representant més conegut dels Lophiiformes és el rap. En aquest ordre de peixos, els mascles tenen una mida molt inferior a la femella i s’adhereixen a ella amb les dents. Donada la dificultat de trobar parella en els fons abissals, amb el temps el mascle queda fusionat físicament a la femella. Perd els ulls i els seus òrgans interns excepte els testicles. Una femella pot portar sis o més mascles (parells de testicles) fusionats en el seu cos.

Lophiiforme amb mascle fusionat. Font

GENITALS EN AUS

La majoria de les espècies d’aus (97%) no tenen penis i la fecundació es realitza amb el contacte claveguera-claveguera (petó cloacal o aposició cloacal), conducte que s’utilitza tant com aparell reproductor i excretor.

Esquerra: esquema de l’aparell urogenital del mascle: F) testicle, B) conducte deferent, A) ronyó, E) urèter, C) urodeum de la cloaca. Dreta: esquema de l’aparell urogenital de la femella: A) ovari amb fol·licle madur, F) infundíbulo, E) oviducte, B) ronyó, C) urèter, D) urodeum de la cloaca. Font

Hi ha diferents hipòtesis per les quals es creu que les aus van perdre el penis durant l’evolució (ja que els seus avantpassats reptilians sí que en tenien): per alleugerir el pes durant el vol, per evitar infeccions, per casualitat durant el procés evolutiu o perquè les femelles tinguessin un millor control sobre qui reproduir-se. Sembla que aquesta última seria la més acceptada, ja que per exemple els ànecs volen llargues distàncies i posseeixen penis grans i pesats.

Però algunes aus si que tenen penis, que a diferència dels mamífers i rèptils, entra en erecció a omplir-se de limfa, no de sang.

GENITALS DE LES AUS AQUÀTIQUES

Ànecs, oques i cignes són de les poques aus que presenten penis. La vagina dels ànecs té forma d’espiral en el sentit de les agulles del rellotge, de tal manera que quan el mascle penetra la femella amb el seu penis també espiral en sentit antihorari, si a ella no li interessa flexiona els seus músculs vaginals i el penis surt del seu cos.

Vagina (esquerra) i penis (dreta) de ànec collverd o blau (Anas platyrhynchos). Font

El vertebrat amb el penis més llarg en proporció al seu cos és precisament un ànec, l’ànec malvasia argentí (Oxyura vittata). El guarda enrotllat al seu interior, però en erecció pot ser el doble de llarg (42,5 cm) que el seu cos (20 cm).

Mascle de Oxyura vittata amb el penis fora. Autor desconegut

Els penis dels ànecs, a més dels seus diferents mides i curvatures, poden ser llisos o tenir espines o solcs. Aquesta variabilitat és deguda a la pressió competitiva per superar la vagina de les femelles. Els dos aparells genitals doncs, són un clar exemple de coevolució. Si vols saber més sobre la coevolució visita aquest article.

Vagines amb conductes cecs, penis amb espines per extreure esperma de còpules anteriors… la de les ànecs és una veritable “guerra” pel control reproductiu. En espècies monògames com oques i cignes, els aparells reproductors no són tan complexos, però en espècies més promíscues, com els ànecs, són més complexos i amb penis més llargs perquè es pugui garantir que el mascle que ha fertilitzat els òvuls és qui tindrà cura també dels pollets.

GENITALS DEL BUFALER BEC-ROIG

Aquest passeriforme africà (Bubalornis niger) té un pseudopenis de 1,5 cm. No posseeix vasos sanguinis ni espermàtics, de manera que pel que sembla la seva funció és la de donar plaer a la femella i afavorir l’atracció del mascle per part de la femella. Els mascles en colònies tenen pseudopenis més llargs que els que viuen sols, per la qual cosa l’evolució d’aquest apèndix també es podria explicar per competència mascle-mascle.

Bufalero piquirrojo. Foto de Reg Tee

GENITALS D’ESTRUÇOS I PARENTS

Els estruços africans (Sthrutio camelus) són de la família Ratites, que també inclou els kiwis, nyandús (estruços americans), tinamús (martinetes o mal anomenades perdius), emús i casuaris. Tots ells posseeixen penis, i excepte els tinamús, es caracteritzen per ser aus corredores.

Estruços a punt d’aparellar-se. Font

Els genitals del casuari són realment molt peculiars. Ja vam descobrir en aquest article com n’és d’excepcional aquest animal, però els seus genitals mereixen un capítol a part. Tots dos sexes posseeixen un apèndix d’aspecte fàl·lic, però no està connectat a cap òrgan reproductor. En el cas dels mascles, està invaginat cap a dins en una mena de “cavitat vaginal”. En el moment de la còpula, surt a l’exterior (com si giréssim el dit d’un guant), però l’esperma surt de la cloaca, és a dir, per la base d’aquest pseudopenis, no per la punta. En el cas de les femelles, l’apèndix fàl·lic (de vegades referit com  a clítoris) és una mica més petit que en els mascles.

Casuaris aparellant-se. Mira el vídeo aquí

Aquestes característiques mascle-femella han donat lloc a rituals i creences en el folklore de Nova Guinea. que el consideren una criatura andrògina o de gèneres barrejats, per tant poderosa per tenir els atributs de tots dos sexes. La remota tribu Bimin-Kuskusmin (Nova Guinea Central), celebra rituals on a les persones intersexuals se les considera representants d’aquests animals, pel que són reverenciades i poderoses. D’altra banda, la gent Mianmin explica històries sobre una dona humana amb un penis que es va transformar en un casuari.

Subscriu-te al bloc i als nostres xarxes socials per no perdre’t la segona part sobre els genitals animals!

REFERÈNCIES

• The evolution of animal genitalia
• It’s official: genitals *do* evolve faster!
• Descubren un pez cabeza-pene en Vietnam
• Extraños penes animales
• Why do sharks have two penises
• New species of priapiumfish
• Anglerfish (National Geographic)
• Lef-handed bears and androgynous cassowaries
• Avian reproduction
• Scienceblogs: The birds do it…

• Sex War and Promiscuity: Why Ducks Have the Largest Penises in the World

• Foto de portada

Amb les banyes posades

Alguns escarabats, llangardaixos… presenten estructures semblants a banyes, però els mamífers són sens dubte els que tenen les banyes millor desenvolupades i més diverses. Són totes les banyes iguals? Per a què serveixen? Tenen valor econòmic? T’animem a descobrir-ho en el següent article.

QUÈ SÓN LES BANYES?

Bous, cérvols, rinoceronts… tots presenten al cap estructures que anomenem banyes, però en realitat no totes són iguals ni es consideren realment banyes.  Hi ha dos tipus de banyes, segons el seu creixement: les dels bòvids (Família Bovidae) i les dels cèrvids (Famiília Cervidae) .

BÒVIDS

En els bòvids, les banyes són dues estructures òssies que surten dels ossos frontals del crani, són permanents (no cauen mai) i no ramificades. En algunes espècies creixen durant tota la vida.

El watusi, el bòvid amb les banyes més grans del món. Foto: Marina Calvo

Estan cobertes d’un nucli ossi i un recobriment exterior de queratina (la mateixa proteïna que forma els nostres pèls i ungles). Les banyes presenten diferents formes i mides segons l’espècie: rectes, corbes o en espiral; voltejades, onejades o llises; curtes o llargues. Tots tenen puntes punxegudes.

Diversitat de banyes de la familia Bovidae. Fuente

Tots els mascles de bòvids (bous, cabres, ovelles, antílops…) tenen banyes, i també en tenen les femelles en moltes espècies. No obstant això, en general, les femelles tenen les banyes més rectes i primes mentre que en els mascles són més amples i poden suportar més força.

CREIXEMENT DE LES BANYES

Quan les banyes comencen a créixer, no ho fan directament a partir de l’os, sinó a partir de teixit connectiu. Quan es completa el creixement el nucli de la banya s’ossifica i es fusiona amb els ossos frontals del crani.

Crani de cabra en el que s’observa l’interior ossi de la banya i la coberta queratinosa. Font

UN CAS ESPECIAL

L’antílop americà (Antilocapra americana) posseeix unes banyes diferents de les dels bòvids: són ramificades i les cobertes queratinitzades es canvien anualment, mentre que en els bòvids són permanents.

Antílop americà (Antilocapra americana). Fuente

CÈRVIDS

Igual que en els bòvids, les banyes dels cèrvids (en castellà asta) són dues estructures òssies que surten dels ossos frontals, però són estacionals (canvien cada any) i ramificades .

Les banyes només existeixen en els mascles dels cèrvids, a excepció del caribú o ren (Rangifer tarandus), que les presenten tant mascles com la majoria de femelles.

CREIXEMENT DE LES BANYES

A diferència de les banyes dels bòvids, les dels cèrvids sí que creixen a partir d’unes estructures òssies (pedicels) que es troben al lateral dels ossos frontals . El creixement s’inicia a la primavera (abril o maig en l’Hemisferi Nord), a causa de canvis hormonals i a l’augment gradual de les hores de llum. El creixement de les banyes té diverses fases:

• Fase inicial: les banyes estan recobertes de pell i vellut, de manera que també posseeixen vasos sanguinis i nervis.
• Fase intermèdia: l’exterior d’os esponjós, se substitueix per os compacte. L’interior s’omple amb os laminar esponjós.
• Fase final: el vellut mor i s’elimina. Per ajudar a això els animals es freguen contra els troncs i vegetació, llavors queden polides i de color marró.

  

  A, B, C: 1, 15 y 30 dies de creixment. D, E: 3 i 5 meses després. F: Pèrdua del vellut. Fotos: A-E, Steve Demarais, F, Dave Hewitt.

Després de l’època reproductiva els nivells hormonals cauen, el que junt amb la disminució del fotoperíode fa que el pedicel perdi calci, es debiliti la unió entre ell i la banya i aquesta caigui. El cicle es repetirà la següent primavera, apareixerà una ramificació més, pel que com més ramificades siguin les banyes, major edat té l’individu.

Ren perdent el vellut. Font

¿PER A QUÈ SERVEIXEN BANYES?

Com ja sabem, principalment les banyes són usades pels mascles durant l’època reproductiva per competir per les femelles, en baralles i exhibicions. Habitualment els animals xoquen les seves banyes entre si, per demostrar la seva força corporal.

Observa aquesta espectacular disputa entre dos muflons canadencs:

Hi ha espècies amb banyes petites però ullals molt desenvolupats, tot i ser herbívors. Això és degut a que també els fan servir durant les lluites. En canvi, espècies amb banyes més grans no presenten aquests ullals desenvolupats.

Crani de cèrvol aquàtic xinès (Hydropotes inermis inermis), muntíac (Muntiacus sp.) i antílop americà (Antilocapra americana). Font

Les banyes, sovint punxegudes, també s’utilitzen com a defensa davant l’atac de depredadors.

Per a l’ésser humà, aquestes banyes no serveixen per a res. Desgraciadament, els seus portadors són objectiu de caçadors, per la mera consecució del seu “trofeu”. Només a Espanya hi ha més d’un milió de persones amb llicència de caça. Segons Fecaza, el negoci de la caça genera 3.600 milions d’euros a l’any a Espanya.

Trofeus de caça decomissats per la Guardia Civil. El seu valor pot ascendir a 300.000 euros. Font

Espanya també és el segon país importador de trofeus de caça. Es paguen milers d’euros (de 2.000 a 80.000) per fer safaris de caça a l’Àfrica per exemple, on l’animal més desitjat és el que té les banyes més grans. Això es tradueix en l’eliminació dels millors mascles reproductors i en la disminució d’exemplars en general.

I LA BANYA DEL RINOCERONT?

Paradoxalment, ja que les seves banyes han portat i estan portant a l’extinció moltes espècies, els rinoceronts en realitat no posseeixen banyes veritables, ja que no tenen un nucli ossi ni una coberta. Són una acumulació de fibres còrnies, semblants a un pèl gruixut, encara que no són veritables pèls. A més, la banya es troba sobre els ossos nasals, no frontals com en el cas d’astes i banyes veritables. Només en les espècies amb dues banyes, el segon es recolza en els ossos frontals.

En les femelles, la banya serviria per protegir les cries, mentre que en els mascles per enfrontar-se a les seves rivals.

Secció d’una banya de rinoceront vist sota llum ultraviolada. S’observa el cartílag nasal, l’os, la dermis i com la banya es recolza sobre la dermis. Font

Com hem comentat, a causa dels suposats poders màgics en la medicina tradicional de les banyes de rinoceront, estem extingint els rinoceronts igual que els pangolins… per un grapat de queratina. Al mercat negre, un quilo de banya de rinoceront pot costar entre 60.000-100.000 dòlars, més que l’or.

Rinoceront amb la baya amputada. Foto: A. Steirn

T’HAS FIXAT EN QUE LES GIRAFES TENEN BANYES?

Com ja hauràs suposat a hores d’ara, no, les girafes no tenen banyes veritables, però també tenen unes estructures parells al cap, tant mascles, com femelles i cries. S’anomenen ossicons. Són permanents, no ramificades i estan cobertes sempre de cabell i pell. De fet, ja apareixen en el fetus com a estructures cartilaginoses i no es fusionen al crani fins als 4 anys, entre l’os frontal i parietal.

Girafa (Giraffa camelopardalis) femella. Font

Els ossicons permeten distingir l’edat i sexe d’una girafa: els prims i acabats en un plomall de pèl són joves o femelles, mentre que els mascles no acostumen a presentar pèl a la part superior. Els mascles a més, tenen una protuberància davant de les banyes més marcada que les femelles. A més edat, més gran és aquesta protuberància, ja que es va dipositant calci amb el temps.

Els ossicons de les girafes són utilitzats pels mascles durant els seus enfrontaments. Segurament van tenir un paper més important en avantpassats seus com el sivateri, el giràfid de major grandària que ha existit. És possible que també tinguin alguna funció en la termoregulació, ja que a en estar coberts de pell, estan vascularitzats.

REFERÈNCIES

• Clutton-Brock, Juliet et al.  2002. Animal. Pearson Educación
• Horns and antlers
• Rinoceronte negro
• El rinoceronte negro de África se ha extinguido
• Safaris africanos y el negocio de los trofeos en España
• Antlers
• Questions and answers: deer
• Imatge de portada

El regal microbiològic de la mare

Les nostres mares sempre miren pel nostre bé, ens donen tot allò que tenen i més, però sabies que durant l’embaràs també ens aporten els microorganismes necessaris per un bon desenvolupament fetal? En aquesta ocasió parlarem d’aquests petits regals que ajuden a millorar i desenvolupar el nostre sistema immune. 

GESTACIÓ EN CONDICIONS ESTÈRILS: VERITAT O MITE?

Durant els darrers segles s’ha cregut que l’úter i el sac amniòtic on trobem el fetus són espais estèrils sense cap tipus de presència microbiològica. El simple fet de trobar algun  microorganisme estava associat a alguna patologia o perill per l’infant. Així, doncs, es creia que durant les 40 setmanes de gestació el fetus es trobava en un lloc estèril i que durant el part entrava en contacte per primera vegada amb algun tipus de bacteri.

Actualment, gràcies als avanços tecnològics i genètics, s’ha observat que aquest pensament era un mite. Els nens estan en contacte amb bacteris durant tota la gestació. Generalment es tracta de bacteris no patògens que són transmesos per la mare durant l’embaràs i el part.

Ecografia de la placenta. En vermell destaquen les comunitats bacterianes, mentre que de blau destaquen les venes. (Imatge de Wolfgang Moroder)

Aquesta transmissió microbiològica maternal es un fenomen molt estès al regne animal, com per exemple als porífers, mol·luscs, artròpodes i cordats. L’aparició d’aquest fenomen a diferents fílums animals i la facilitat que tenen aquests microorganismes per arribar a l’infant, són proves que demostren que aquesta transmissió és un procés antic i que suposa un avantatge evolutiu pels organismes. 

Exemples d’organismes en els quals s’ha estudiat la transmissió bacteriana maternal. A) Pugó pèsol (Acyrothosiphon pisum). b) Gallina domèstica (Gallus gallus domesticus). c) Salmó roig (Oncorhynchus nerka) i d) Tortuga de riu Podocnemis expansa. (Imatge: Lisa Funkhouser).

LES  VIES DE TRANSMISSIÓ

Existeixen diferents vies de transmissió per les quals els bacteris arriben a l’infant. Per exemple, el primer contacte del fetus amb el seu futur microbioma es dóna a través dels bacteris que hi ha a la placenta. A continuació, durant el part, es transfereixen més bacteris a través del canal vaginal i el primer contacte amb la pell materna. Finalment, la darrera via que trobem és la lactància materna.

Diferents vies de transmissió microbiològica maternal. (Imatge modificada de Lisa Funkhouser)

BACTERIS DE LA PLACENTA

Fa relativament poc que es coneix la presència de comunitats bacterianes a aquest òrgan. Tot i així, s’ha de destacar que es tracta d’un microbioma petit, és a dir, no és molt abundant. Generalment, es tracta de microorganismes no patògens, però la seva variació podria estar relacionada amb alteracions comunes de l’embaràs, com per exemple els parts prematurs.

En un principi es creia que aquestes comunitats bacterianes estarien relacionades amb la microbiota vaginal de la mare, però s’ha observat que els bacteris que trobem a la placenta són més semblants als bacteris de la microbiota bucal materna. Segons les investigacions, els bacteris bucals arribarien al fetus pel torrent sanguini. Així, doncs, una bona salut bucodental és essencial pel bon desenvolupament de l’infant.

Al següent esquema es representen els principals fílums bacterians que s’han identificat a la placenta humana.

Principals fílums bacterians que es troben a la placenta humana. (Imatge d’elaboració pròpia).

TRANSMISSIÓ DURANT EL PART

Com ja sabem, durant el part es produeix una important transmissió de bacteris. La majoria d’aquests estan relacionats amb la microbiota vaginal i fecal de la mare. Durant la gestació, el microbioma vaginal de la mare va canviant i es fa menys divers, afavorint les comunitats de Lactobacillus sp.

Tot i això, cal destacar que aquesta transmissió varia en funció del tipus de part, és a dir, els nadons nascuts per part vaginal presenten una microbiota similar a la de la vagina de la mare (molt rica en Lactobacillus sp., Prevotella sp., Bacteroides i Bifidobacterium sp.), mentre que els nadons que neixen per cesària presenten unes comunitats bacterianes semblants a la microbiota de la pell materna, rica en Clostridium sp., Staphylococcus sp., Propionobacterium sp. i Corynebacterium sp. 

Variació de la microbiota neonatal en funció del tipus de part. Elaboració pròpia.

CONTACTE PELL AMB PELL

Com en els altres casos, el contacte pell amb pell produeix una gran transmissió de microorganismes entre els dos. En aquest cas, pot ser a través del part i pel contacte amb la pell exterior de la seva mare.

Alguns bacteris que s’adquireixen tot just al néixer i es troben normalment a la pell dels humans adults són Staphylococcus sp., Corynebacterium sp. i Propionobacterium sp. 

LLET MATERNA AMB BACTERIS

Un altre gran mite sobre l’esterilitat durant l’embaràs era el de la llet materna. Fins fa poc temps relativament, es pensava que la llet materna era estèril i que els bacteris que es trobaven a aquest fluid eren causats per una contaminació creuada per la microbiota de la pell de la mare. Actualment, i gràcies al descobriment de determinats bacteris anaeròbics, s’ha arribat a la conclusió que la mare aporta determinats microorganismes a través de la llet.

Existeix una gran varietat de microorganismes a la llet materna i generalment, aquests varien en funció del tipus d’alimentació i origen de les mares (es poden veure les diferencies en abundància de microorganismes de diferents mares al gràfic següent). Tot i això, s’ha observat que durant els primers mesos de lactància, la llet materna és rica en Staphylococcus sp., Streptococcus sp.i Lactococcus sp; mentre que a partir dels sis mesos de lactància, la llet és rica en microorganismes típics de la microbiota bucal com Veillonella sp., Leptotrichia sp. i Prevotella sp.

Diferències d’abundància de les diferents espècies bacterianes presents a la llet materna. (Imatge: Katherin Hunt)

Així, doncs, cal esperar que els nadons alimentats amb llet materna presentin una microbiota intestinal i fecal diferent d’aquells que són alimentats amb llet artificial. Aquests bacteris afavoreixen al nadó i el protegeixen front diarrees, malalties respiratòries i redueixen el risc de patir obesitat. Cal remarcar que això no significa que un nen alimentat amb llet artificial estigui pitjor alimentat o sa que un nen alimentat amb llet materna, ja que molts bacteris els poden adquirir per altres vies.

·

Totes aquestes transmissions bacterianes maternals permeten al nadó iniciar el procés de maduració del seu sistema immunitari i al bon desenvolupament de la seva microbiota intestinal. Ja ho diuen ja, que lesmares tenen molta cura de tots nosaltres, mare només n’hi ha una! 

 

REFERÈNCIES

• Hunt, Katherin. Characterization of the diversity and temporal stability of bacterial communities in human milk. (Article en anglès)
• Grens, Kerry. The maternal Microbiome. (Article en anglès)
• Funkhouser, Lisa. Mom knows best: the universality of maternal microbial transmission. (Article en anglès)
• Imagen de Portada: Joanna Noguera Riobueno.

Microbiologia bàsica (II): Bacteris de mil i una forma

Imagina’t un bacteri. Quina imatge has pensat? Potser has pensat amb un bacteri de forma allargada, com E.coli? O potser has pensat en una esfera petita? Durant anys, hem associat la forma dels bacteris a diverses morfologies bàsiques, però a la natura podem trobar moltes formes més. Endavant, descobreix les més interessants amb nosaltres!

MIL I UNA FORMA BACTERIANES

Com bé sabem, els microorganismes representen un grup molt gran d’organismes invisibles a l’ull humà. Al darrer capítol sobre microbiologia bàsica parlarem de la mida d’aquests éssers i avui, parlarem sobre les diferents formes morfològiques que podem trobar al grup dels Bacteris (incloent-hi les Arqueas o bacteris extremòfils).

Generalment, quan iniciem el viatge pel món bacterià se’ns presenten tres morfologies bàsiques: el coc (de forma esfèrica), el bacil (en forma de bastó) i l’espiril (en espiral), i també les seves agregacions. Aquestes darreres es formen mitjançant la unió de les cèl·lules filles després de la divisió, és a dir, no s’arriben a separar. Per exemple, hi ha espècies que formen agregacions de dos cocs (diplococs), altres formen llargues cadenes (com seria el cas dels Streptococcus sp.), altres es disposen en agrupacions cúbiques tridimensionals (com Sarcina sp.) o formen estructures irregulars i en totes les dimensions, com si fossin un grell de raïm (com ara Stahpylococcus sp.).

Diferents agrupacions de cocs. (Imatge: Aula virtual).

Respecte als bacils, podem trobar també diferents agrupacions com els diplobacils o els estreptobacils (cadenes de bacils com per exemple Bacillus cereus). A part, es poden identificar variacions dels bacils més simples: n’hi ha de curs i redons (coneguts com a cocobacils, per exemple Yersinia pestis), n’hi ha de pleomòrfics (és a dir, tenen una o més formes en funció de la fase del cicle cel·lular), n’hi ha d’acabats en punta (com Epulopiscium fishelsoni), corbats o torts.

Diferents agrupacions i variacions dels bacils (imatge: Aula Virtual)

Finalment, trobem les formes tortes o en forma d’espiral com seria el cas dels vibrios ( en forma de coma, com Vibrio cholerae), els espirils (com Rhodospirillium rubrum) i les espiroquetes (en forma de llevataps, com  Spirochaeta stenostrepta).

Formes espiralades o helocoïdals (Imatge: Aula Virtual).

Però, per què si existeixen més morfologies a la natura, només ens parlen d’aquestes més bàsiques?

Cal recordar que durant gairebé tota la història, la microbiologia ha estat una disciplina mèdica i aquestes formes bàsiques són les que trobem majoritàriament als bacteris patògens. Actualment, com la microbiologia estudia ambients més amplis s’ha observat que hi ha una gran varietat de formes diferents, algunes molt més complexes del que es pensava. Al gràfic filogenètic següent, podem observar les formes que presenten els diferents fílums bacterians.

Diferents morfologies que podem trobar als fílums bacterians (Imatge: David T. Kysela)

ALGUNS EXEMPLES

Hi ha bacteris individuals que presenten estructures molt curioses, com per exemple elongacions estretes conegudes tècnicament com a prosteques. Caulobacter sp. i Hyphomicrobium sp. són exemples molt clars d’aquest tipus de cèl·lules. Aquestes estructures permeten als organismes aferrar-se a una superfície sòlida. En altres casos, també podem trobar bacteris amb  espines o puntes.

Bacteri de l’espècie Hyphomicrobium sp. amb la seva característica elongació o prosteca. (Imatge: Holm Niels)

Altres bacteris presenten formes més peculiars i variades. Per exemple, els bacteris halòfils (que poden sobreviure en ambients amb elevades concentracions salines) de les espècies Stella sp. i Haloquadratum sp. formen agregacions molt característiques: la primera ho fa en forma d’estrella i la segona en forma de rectangle.

Forma característica de Stella vacuolata (a) i Haloquadratum walsbyi (b). (Imatge: Aula virtual).

Haloarcula japonica és un bacteri halòfil (com les anteriors) que presenta una morfologia curiosa: és triangular. Per altra banda, tenim a Pyrodictium abyssi amb la seva forma característica: forma de i grega.

a) Haloarcula japonica (Imatge: Nite) b) Pyrodictium abyssi (Imatge: Benjamin Cummings)

En el cas de les agrupacions, també trobem alguns exemples molt curiosos. Per exemple, existeixen bacteris filamentosos que formen llargues cadenes d’individus, com seria el cas del fílum bacterià Chloroflexi, on trobem els bacteris verds del sofre Chloroflexus sp. Una altra espècie que té una morfologia molt interessant és Simonsiella muelleri. Aquestes estructures es formen per la unió vertical dels bacils.

a) Microfotografia d’una colònia de Chloroflexus sp. (Imatge: JGI Genome Portal). b) Microfotografia d’escàner de Simonsiella sp. (Imatge: J. Pangborn)

Com ja hem dit abans, hi ha certs casos de bacteris que no presenten una forma definida o aquesta pot variar al llarg del cicle cel·lular. En aquest cas parlem de bacteris pleomòrfiques. Aquesta característica la presenten bacteris de l’espècie Corynebacterium sp. i Rhizobium sp.

EL GENOMA MANA

La morfologia que presenten els diferents bacteris ve determinada pel genoma de l’individu. Aquest fet, juntament amb la gran diversitat de formes descobertes, suggereixen que aquesta característica té un determinat valor adaptatiu i que s’ha produït com a resultat de la pressió per diverses forces selectives.

En general, les característiques morfològiques s’atribueixen a factors ambientals com per exemple la limitació dels nutrients, la reproducció, la dispersió, difusió de nutrients, evasió d’un depredador o detecció d’un hostatger. Per exemple en el cas dels bacteris filamentosos, aquests presenten una millor capacitat de surar al medi líquid i són més difícils de digerir per protozous. Els bacteris helicoïdals o espirals tenen una millor mobilitat en ambients viscosos, mentre que un bacteri de forma esfèrica és ideal per la difusió dels nutrients, ja que augmenta la relació superfície/volum.

Així, doncs, una mateixa morfologia pot aparèixer per convergència a llinatges bacterians diferents (és a dir, que no tenen un avantpassat comú). Per tant, això significa que la forma ha estat adquirida com a adaptació a unes condicions determinades de l’ambient. Per exemple, abans els bacteris que presenten prosteca s’agrupaven a dins un mateix gènere conegut com a Prosthecomicrobium, però gràcies als estudis genètics es va separar en tres gèneres diferents. Van observar també, que aquests nous gèneres tenien més semblances amb gèneres de bacteris fora prosteca que entre ells. Això significava que no estaven relacionats filogenèticament, però que els tres havien adquirit la prosteca de forma independent com a resultat d’una adaptació al medi.

També hi ha grups bacterians que comparteixen una mateixa característica morfològica per què l’han heretada d’un avantpassat comú i la mantenen per què és útil en les condicions ambientals que viuen.

·

A mesura que augmentin els coneixements sobre el món microbià, anirem descobrint més i més curiositats sobre aquests fascinants éssers. No us ho podeu perdre!

REFERÈNCIES

• Brock, Biología de los Microorganismos. Madigan. Ed. Pearson. (Castellà)
• Introducción a la Microbiología. Tortora. Ed. Panamericana. (Disponible en castellà aquí)
• David, T. Kysela. Diversity takes shape: understanding the mechanistic and adaptative basis of bacterial morphology. PLOS Biology. (Article en anglès aquí).
• Kevin D. Young. The Selective Value of Bacterial Shape. Microbiology and Molecular Biology Reviews. (Article en anglès aquí).
• Kevin D. Young. Bacterial morphology: why have different shapes? Current Opinion in Microbiology. (Article en anglès aquí).
• Imatge de portada: Escuela y Ciencia. 

Les illes com a laboratori de l’evolució

Les illes són laboratoris naturals on estudiar l’evolució en viu. Ja siguin d’origen volcànic o continental, el fet d’estar aïllades del continent pel mar fa que molts dels éssers vius que s’hi desenvolupen presentin adaptacions espectaculars, de vegades originant-se espècies gegants o nanes en comparació amb els seus congèneres continentals. En aquest article, descrivim quins són els mecanismes evolutius que expliquen aquest fenomen i posem alguns exemples ben sorprenents.

L’origen de les illes pot ser volcànic, que implica l’aparició de terres verges les quals que poden ser colonitzades per uns pocs individus i produir-se noves adaptacions a les noves condicions, o bé continental, que implica la separació del continent per processos tectònics, amb el que la fauna i flora abans connectada, s’aïlla i acaba diferenciant-se amb els pas de les generacions.

Aspecte d’un con volcànic a Hawaii. Font: Steve Juverston, via Flickr.

MECANISMES EVOLUTIUS QUE ACTUEN EN ILLES

La generació de noves espècies provocada per l’aparició d’una barrera geogràfica, com pot ser l’aparició d’una serralada, canvis en el nivell del mar o creació de noves illes per moviments tectònics, s’anomena especiació al·lopàtrica i és el principal procés que actua en illes. Pot ser de dos tipus:

1. Especiació vicariant: quan dues poblacions de la mateixa espècie són separades en el nostre cas per separació d’un tros de terra del continent. Un exemple d’aquest cas és l’illa de Madagascar, que quan es va separar del continent africà va deixar la biota de l’illa desconnectada de la del continent pel mar.

2. Especiació peripàtrica: quan una petita població d’una espècie es separa de la població original per l’aparició d’una barrera geogràfica. És el cas de la colonització d’una terra verge com són les illes oceàniques. En aquest cas, els individus que colonitzen el nou ambient poden no representar l’espècie ancestral i amb el pas del temps i l’aïllament reproductiu, originar-se una espècie nova pel que s’anomena efecte fundador.

El gran naturalista britànic i creador de la teoria de l’evolució, Charles Darwin, va inspirar-se en les seves troballes a l’arxipèlag d’origen volcànic de les illes Galàpagos, per desenvolupar la seva gran teoria, paradigma de la ciència actual.

Les illes oceàniques es formen per explosió de volcans submarins o moviments de la dorsal oceànica. Degut a l’activitat volcànica, es formen conjunts d’arxipèlags, on cada illa té una història pròpia, amb un clima, relleu i geologia diferenciat. Això crea un escenari perfecte per observar com funciona l’evolució, ja que cada població que arriba a una nova illa es veu afectada per pressions ecològiques diferents i potser mai més entrarà en contacte amb les poblacions d’altres illes, formant-se espècies úniques, endèmiques de cada illa. Molts naturalistes i científics han estudiat l’evolució en viu en arxipèlags d’aquestes característiques, com les illes de Hawaii, Seychelles, Illes Mascarenyes, arxipèlag de Juan Fernández o les nostres Illes Canàries. Una de les últimes illes aparegudes a l’oceà Atlàntic és l’illa de Suerty que es va formar l’any 1963 30 km al sud d’Islàndia i des de llavors l’arribada de vida hi ha estat documentada i estudiada per comprendre una mica més els mecanismes ecològics i evolutius que hi actuen.

Illa de Suerty en erupció, al Sud d’Islàndia. Font: Wikimedia

ADAPTACIONS EN ILLES: GIGANTISME I LLENYOSITAT

Moltes vegades, les illes oceàniques, al ser verges, no tenen depredadors i això desencadena l’aparició d’adaptacions ben curioses. Un dels processos més sorprenents és el gigantisme, en animals o adquisició de condició llenyosa, en plantes.

L’adquisició de llenyositat en illes per part de plantes herbàcies al continent ha estat força documentat en diverses famílies i arxipèlags d’arreu del món. La causa d’aquest fenomen seria l’absència d’herbívors i competidors en illes, que permetria un desenvolupament major en alçada en la busca de llum.

Per exemple, a Hawaii trobem l’exemple de l’aliança de les espases platejades de Hawaii. Compren 28 espècies en tres gèneres (Argyroxiphium, Dubautia i Wilkesia), tots membres llenyosos de la família dels gira-sols o Asteraceae. Els seus parents més propers són herbes perennes de Nord Amèrica.

Aspecte d’una espasa platejada del gènere Argyroxiphium (esquerra) i els seus parents més proers al continent (dreta), del gènere Raillardella. Font: Wikimedia.

A les Illes Canàries trobem molts exemples d’aquest fenomen. El gènere Echium de la família de les borratges o Boraginaceae, conté unes 60 espècies, de les quals 27 es troben a diferents arxipèlags d’origen volcànic de la Macaronèsia (Canàries, Madeira i Cap Verd). Gairebé tots els membres d’aquest gènere que trobem a la Macaronesia són arbusts, que formen una inflorescència que pot arribar fins als 3 m d’alçada i són el símbol del Parc Natural del Teide (els coneguts tajinastes), mentre que els seus parents més propers, euroasiàtics, són herbes, com per exemple la llengua de bou (Echium vulgare).

Aspecte d’un tajinaste vermell (esquerra) a Tenerife i els seu parent continental (Echium vulgare) a la dreta. Font: Wikimedia.

També a la Macaronèsia, trobem un un altre exemple dins la família de les Euphorbiaceae o lleterasses. És el cas de les espècies Euphorbia mellifera, endèmica de Canàries i Madeira i E. stygiana, endèmica de Azores. Es tracta d’arbres en perill d’extinció o críticament amenaçats, segons la IUCN, que poden arribar a fer fins a 15 m d’alçada i que formen part de la vegetació de laurisilva, el bosc subtropical humit típic macaronèsic. Els seus ancestres més propers són plantes herbàcies del Mediterrani.

Euphorbia mellifera a Maderia (esquerra) i un dels seus parents més propers herbàcies del Mediterrani (dreta, E. palustris). Font: esquerra Laia Barres González i dreta Wikimedia.

Dins el regne dels animals, també trobem adaptacions peculiars en illes Els animals herbívors que habiten illes no solen tenir grans depredadors ni competidors i això facilita que apareguin espècies de dimensions més grans que al continent, on la presència de grans carnívors evitaria l’aparició d’aquest tipus de característiques per la incompatibilitat amb amagar-se o fugir de la presa.

Un dels exemples més famosos de gigantisme insular és el cas de les tortugues gegants de les Galàpagos (complex Chelonoidis nigra), que engloba unes 10 espècies diferents, moltes endèmiques de una única illa de l’arxipèlag. Són les tortugues més grans i longeves del món. Poden arribar als 2 m de llarg i als 450 kg de pes i poden viure més de 100 anys.

Tortuga gegant de les Galàpagos. Font: Wikipedia.

D’entre els rèptils, també hi ha el cas dels llangardaixos gegants del gènere Gallotia de les Illes Canàries. Són diverses espècies endèmiques de cada una de les illes: G. auaritae de La Palma, que es creia extinta fins el descobriment de diversos individus l’any 2007, G. bravoana de La Gomera, G. intermedia de Tenerife, G. simonyi d’El Hierro i G. stehlini de Gran Canaria, d’entre d’altres. D’entre els llangardaixos gegants de les Canàries hi ha l’extint Gallotia goliath, que podia arribar fins a 1 m de llarg i del qual actualment es pensa que s’inclou dins la circumscripció de G. simony.

Gallotia stehlini de Gran Canaria. Font: El coleccionista de instantes Fotografía & Vídeo via Flickr.

Un altre exemple el trobem a l’illa de Flores, a Indonèsia, on existeix una espècie de rata gegant (Papagomys armandvillei) que arriba a fer el doble que una rata comú. Curiosament, en aquesta illa es van trobar fòssils d’un homínid que va experimentar el procés contrari, ja que es tractava de primats enans, en comparació amb les mides actuals del ser humà. Es tracta de l’Homo floresiensis, que només feia 1 m d’alçada i pesava 25 kg. Es va extingir fa uns 50000 anys i va conviure amb l’Homo sapiens.

Rata gegant (Papagomys armandvillei) de l’illa de Flores. Font: Wikimedia.

El nanisme és un altre dels processos evolutius que es poden donar en illes. Provocat per l’absència de recursos en algunes illes, en comparació al continent d’on provenen les poblacions originals.

Malauradament, les illes, per albergar una biota tan peculiar i exclusiva, són també testimonis de molts casos de sobreexplotació i extinció d’espècies. La biologia de la conservació en illes ens ajuda a entendre i conservar aquest patrimoni natural tan ric i únic.

REFERÈNCIES

Barahona, F.; Evans, S. E.; Mateo, J.A.; García-Márquez, M. & López-Jurado, L.F. 2000. Endemism, gigantism and extinction in island lizards: the genus Gallotia on the Canary Islands. Journal of Zoology 250: 373-388.

Böhle, U.R., Hilger, H.H. & Martin, W.F. 2001. Island colonization and evolution of the insular woody habit in Echium L. (Boraginaceae). Proceedings of the National Academy of Sciences 93: 11740-11745.

Carlquist, S.J. 1974. Island biology. New York: Columbia University Press.

Foster, J.B. 1964. The evolution of mammals on islands. Nature 202: 234–235.

Whittaker, R.J. & Fernández-Palacios, J.M. 2007. Island biogeography: ecology, evolution, and conservation, 2nd edn. Oxford University Press, Oxford.