Animals que caminen per la paret: un repte a la gravetat

Com s’ho fan alguns insectes, aranyes o llangardaixos per caminar sobre parets llises o de cap per avall i no caure? ¿Per què, si fos real, l’Spiderman no podria enganxar-se a les parets com ho fan aquests animals?

Científics de diferents àrees encara busquen comprendre els mecanismes que fan servir alguns animals per caminar sobre aquest tipus de superfícies sense relliscar o precipitar-se. A continuació, t’expliquem què sap la comunitat científica sobre aquest fenomen.

La competència per l’espai i els recursos (nínxol ecològic) ha donat lloc a nombroses i increïbles adaptacions al llarg de l’evolució, com la miniaturització.

Quan una superfície és massa llisa, de manera que les ungles, les urpes o les forces de fricció resulten insuficients per a desplaçar-se sobre ella sense caure, entren en joc mecanismes d’adhesió dinàmica: aquells que permeten a l’animal desplaçar-se sobre superfícies verticals llises o de cap per avall enganxant-se i desenganxant-se ràpidament. L’aparició d’estructures adhesives dinàmiques ha permès a diversos animals explotar nous ambients, podent desplaçar-se per caçar o romandre immòbils el temps necessari per fugir dels seus depredadors allà on la majoria tan sols podria estar estable uns pocs segons.

Gecko sobre una superfície llisa. Imatge de Shutterstock/Papa Bravo.

El desenvolupament d’estructures adhesives dinàmiques en les extremitats és típic d’insectes i d’aranyes, d’alguns rèptils com els geckos i certes sargantanes, i d’amfibis com les granotes arborícoles. Puntualment, també s’ha observat en petits mamífers com ratpenats i pòssums, uns marsupials arborícoles procedents d’Austràlia i de certes regions del sud-est asiàtic.

El fet que grups tan diferents d’animals presentin una adaptació similar s’explica per un procés de convergència evolutiva: davant un mateix problema (competència per l’espai i els recursos, elevada pressió de depredació, etc.), l’evolució tendeix a solucions iguals o similars (estructures adhesives per accedir a altres espais).

Els límits de l’adaptació (o per què l’Spiderman no podria caminar per les parets)

Estudiar el mecanisme mitjançant el qual alguns animals caminen sobre superfícies verticals llises o invertides és clau per al desenvolupament industrial de noves i més potents substàncies adhesives. No és estrany, doncs, que hi hagi molts estudis al respecte.

Podrà l’ésser humà escalar parets com ho fa l’Spiderman algun dia? Labonte et al. (2016) ens explica per què l’Spiderman com a tal no podria existir. O, almenys, com hauria de ser realment per poder adherir-se a les parets com una aranya.

Podrà l’ésser humà escalar com l’Spiderman algun dia? De moment, ens conformem amb aquesta esculptura. Imatge de domini públic.

Sense entrar en les estratègies pròpies de cada organisme (de les quals parlarem després), el principi bàsic pel qual insectes, aranyes o geckos poden caminar sobre superfícies verticals llises o cap per avall és la seva relació superfície/volum: com més petit és l’animal, més gran és la superfície del seu cos respecte al seu volum i menor la quantitat de superfície adhesiva necessària per poder desplaçar-se sense caure a causa del pes. Així doncs, els geckos serien els animals coneguts amb la mida més gran (relació superfície/volum més petita) capaços de caminar sobre superfícies verticals llises o cap per avall sense patir modificacions anatòmiques que farien inviable el seu desenvolupament.

I què vol dir “sense patir modificacions anatòmiques”? Els mateixos autors expliquen que com més gran és l’animal, més gran és la superfície adhesiva necessària per desplaçar-se sense desprendre’s. El creixement de la superfície adhesiva respecte la mida de l’animal segueix un patró d’al·lometria positiva extrema: per un petit increment de la mida de l’animal, es produeix un augment significativament major de la superfície adhesiva. Segons aquest estudi, la superfície adherent respecte a la superfície total pot ser fins a 200 vegades més gran en geckos que en àcars.

Imatge de David Labonte

No obstant això, la mateixa al·lometria es regeix per una sèrie de constriccions (limitacions) anatòmiques. Així, per tal que existís un animal més gran que un gecko capaç de caminar sobre una superfície vertical llisa o invertida, aquest hauria de desenvolupar, per exemple, unes extremitats enormes amb una superfície adherent igualment gran. Si bé podria tenir sentit des d’un punt de vista físic, les constriccions anatòmiques fan inviable l’existència d’animals amb aquestes característiques.

Ara ja podem respondre la pregunta “Per què l’Spiderman no podria adherir-se a les parets?”. Segons aquest estudi, perquè un ésser humà pogués caminar per les parets com una aranya el seu cos hauria d’estar recobert almenys d’un 40% d’estructures adhesives (un 80% si comptem únicament la seva part frontal); o això, o tenir braços o cames absurdament grans i impossibles des d’un punt de vista anatòmic.

Gran diversitat d’estratègies

L’adhesió dinàmica ha de ser prou forta perquè l’animal no caigui estant quiet, però prou feble per poder desenganxar-sense problemes en fer un pas.

Per aconseguir-ho, hi ha diferents estratègies.

Diversitat d’estructures adhesivas. Imatge de David Labonte.

1) Adhesió humida

Hi intervè una substància líquida.

Insectes

Els insectes presenten dos sistemes:

Potes amb coixinets llisos: el trobem, per exemple, en formigues, abelles, paneroles i saltamartins. L’últim segment de les seves potes (pretars), les ungles o les tíbies presenten un o diversos coixinets extremadament tous i deformables (com els arolis al pretars). A petita escala, cap superfície és totalment llisa, de manera que aquests coixinets es deformen fins a ocupar tots els seus espais disponibles.

Tars (part final de les potes dels insectes) d’una panerola. Imatge adaptada a partir de la original de Clemente & Federle, 2008.

Potes amb coixinets peluts: el trobem en escarabats i mosques, entre d’altres. Els coixinets d’aquests insectes estan densament coberts de petites estructures similars a pèls, les setes, gràcies a les quals el contacte amb la superfície augmenta.

Peu d’un escarabat de la família Chrysomelidae. Imatge de Stanislav Gorb et al.

En ambdós casos, intervé un líquid amb una fase hidrofòbica i una altra hidrofílica. Estudis amb formigues han demostrat que les terminacions de les seves potes secreten una fina capa de líquid que incrementa el contacte entre el pretars i la superfície sobre la que caminen, omplint els buits restants i actuant com un adhesiu sota els principis de capil·laritat (tensió superficial) i viscositat.

Si voleu conèixer més a fons aquest mecanisme, no us perdeu aquest increïble vídeo sobre les formigues!:

Granotes arborícoles

Els coixinets dels dits de les granotes arborícoles estan compostos de cèl·lules epitelials columnars separades entre si. Entre elles, nombroses glàndules hi aboquen una substància mucosa. La separació de les cèl·lules permet, d’una banda, que els coixinets es deformin per adaptar-se al terreny i, per altra, que la mucositat circuli entre elles i asseguri l’adhesió. A més a més, en ambients humits (moltes d’aquestes granotes viuen en selves), aquests espais faciliten l’eliminació de l’excés d’aigua que les faria relliscar.

Granota verda d’ulls vermells (Agalychnis callidryas). Fixa’t en els extrems dels dits. Imatge de domini públic.

En el següent vídeo, pots apreciar amb més detall les potes d’una de les granotes arborícoles més conegudes:

Les granotes arborícoles presenten un sistema similar al de coixinets llisos dels insectes. De fet, a molts augments les microestructures adhesives en grills i granotes són pràcticament idèntiques. Això va dur Barnes (2007) a considerar l’adhesió humida com una de les més exitoses.

Diferents granotes (a, b, c) i els seus respectius epitelis (d, e, f). La figura g correspon a la superfície dels coixinets d’un grill. Imatge de Barnes (2007).

Pòssums

Els estudis més detallats s’han realitzat sobre el pòssum pigmeu acròbata (Acrobates pygmaeus), un petit marsupial de la mida d’un ratolí capaç d’escalar superfícies de vidre fent servir els grans coixinets dels palmells de les seves potes. Aquests coixinets estan compostos de múltiples capes de cèl·lules epitelials esquamoses separades per solcs que en faciliten la deformació i pels quals hi circula la suor, que és el líquid que fan servir per adherir-se.

Acrobates pygmaeus. Imatge de Roland Seitre.

Palmell del primer parell de potes d’Acrobates pygmaeus. Imatge de Simon Hinkley i Ken Walker.

2) Adhesió seca

No intervenen líquids.

Aranyes i geckos

Tant les aranyes com els geckos es regeixen pel mateix principi d’adhesió: les forces de Van de Waals. A diferència d’insectes, granotes i pòssums, no segreguen líquids adhesius.

Les forces de Van der Waals resulten de la interacció entre molècules o àtoms sense que hi hagi un enllaç químic entre ells, i la seva energia depèn de la distància. Aquestes interaccions apareixen entre els “pèls” o setes dels palmells de les potes dels geckos (les quals estan solcades per plecs, les lamel·les) i les setes de les potes de les aranyes (que estan cobertes de moltes pilositats formant les escòpules), i la superfície sobre la qual caminen.

Pota d’una aranya plena de setes. Imatge de Michael Pankratz.

Diversitat de potes de geckos. Imatge de Kellar Autumn.

Estudis recents, però, suggereixen que les interaccions de Van der Waals no serien les grans determinants de l’adhesió en els geckos, sinó les interaccions electrostàtiques (diferent polaritat entre les setes i la superfície), després de comprovar que la seva capacitat adhesiva minvava sobre materials menys energètics, com el tefló.

Sigui com sigui, l’habilitat dels geckos per enfilar-se és impressionant. Si no, mira aquest vídeo del gran David Attenborough:

3) Succió

Ratpenats

Els ratpenats de ventoses (família Thyropteridae), originaris de l’Amèrica Central i del Sud, presenten unes ventoses en forma de disc als seus polzes i al palmell del segon parell de potes que els permeten desplaçar-se sobre superfícies llises. A l’interior d’aquests discos, la pressió es redueix i el ratpenat queda adherit per succió. De fet, un sol disc pot suportar el pes de tot l’animal.

Ratpenat de la família Thyropteridae. Imatge de Christian Ziegler/ Minden Pictures.

Després de conèxier totes aquestes estratègies, creus que l’Spiderman n’està a l’alçada?

Imatge de portada d’autor desconegut. Font: link.

El canvi de color en els camaleons: un arc de Sant Martí de colors

Molts consideren als camaleons els mestres del camuflatge. La seva habilitat per canviar de color sembla indicar que aquests animals han evolucionat per a confondre’s amb l’entorn i enganyar als seus depredadors. Però, què em diríeu si us digués que el camuflatge no és la funció principal del canvi de color per als camaleons? En aquesta nova entrada, apart d’explicar com canvien de color els camaleons, us mostrarem com aquests críptics animals utilitzen el canvi de color per a una gran varietat de funcions.

MITES SOBRE ELS CAMALEONS

Els camaleons (família Chamaeleonidae) són llangardaixos extremadament críptics, ja que la seva coloració sol ser molt semblant a la del seu hàbitat. A més d’això, moltes espècies de camaleons presenten una increïble capacitat per a canviar de color activament, fent que el seu camuflatge sigui encara més complex.

Femella de camaleón de banya tova d’Usambara (Kinyongia tenuis) amb una vistosa coloració taronjosa. Foto de Keultjes.

Existeix molta confusió respecte a les habilitats de canvi de color dels camaleons. Aquí teniu desmentits alguns dels mites sobre els camaleons:

• Les diferents espècies de camaleons poden canviar a un rang de colors limitat.
• Els camaleons no canvien de color dràsticament, sinó que ho fan subtilment. Si ho fessin, serien molt fàcils de detectar per als seus depredadors.
• Els camaleons no canvien de color segons el que toquen sinó que, com veurem a continuació, els seus motius són molt més complexes.

Vídeo de Viralweek en el que es dóna una idea equivocada de com canvia de color un camaleó vetllat (Chamaeleo calyptratus).

Però, com canvien de color els camaleons? Molts altres animals, com el cefalòpodes i alguns peixos y llangardaixos, també presenten la capacitat de canviar de color. En la majoria de casos, això ho aconsegueixen mitjançant cromatòfors, un tipus de cèl·lules pigmentàries que es troben en animals ectoterms. En els animals que canvien de color, els cromatòfors es troben distribuïts en vàries capes i tenen la capacitat de contraure’s, extendre’s, agregar-se i dispersar-se, provocant diferents variacions de coloració.

Detall dels cromatòfors d’una sípia, per Minette Layne. Segons estiguin contrets o distesos, s’aprecia un color o un altre.

Durant molt de temps es va pensar que els camaleons canviaven de color mitjançant únicament els cromatòfors. Però recentment, un estudi va demostrar que els camaleons porten el canvi de color a l’estrem. Aquest estudi va ser dut a terme per un equip de biòlegs i físics, quan aquests es van adonar d’una cosa: els camaleons no presenten ningún pigment verd a la pell!

PIGMENTS I CRISTALLS

Per a explicar com canvien de color els camaleons, primer hem de distingir dos tipus de coloració en els animals: color pigmentari i color estructural. El color pigmentari és el més comú, ja que és el que presenta un organisme degut a diferents pigments presents en els seus teixits (com la melanina en els éssers humans). En canvi, com ja vam explicar en un article anterior, el color estructural es genera per la refracció de la llum amb certes microestructures de la pell.

Imatge d’un escarabat cap per amunt en el que s’aprecien varis colors estructurals. Foto de David López.

I què passa amb els camaleons? Doncs una combinació dels dos mecanismes. Els camaleons presenten cromatòfors de color negre, vermell i groc que poden contraure i extendre voluntàriament. A més, en un estudi realitzat amb camaleons pantera (Furcifer pardalis), s’ha vist que també presenten dues capes de cèl·lules amb nanocristalls de guanina anomenades iridiòfors que reflecteixen la llum. La coloració verda d’un camaleó es genera llavors, per la llum blava reflectida pels iridiòfors que travessa els cromatòfors grocs més externs.

Esquema d’una secció de la pell d’un camaleó on es veuen els iridiòfors (blau) amb les capes de nanocristalls i diferents tipus de cromatòfors; xantòfors (groc), eritròfors (vermell) i melanòfors (negre). Imatge de David López.

Els camaleons a més, presenten un seguit de circuïts neurològics que els permeten controlar la composició i la distància entre si dels nanocristalls dels iridiòfors de diferents parts del seu cos. Això provoca que puguin controlar la longitud d’ona de la llum reflexada pels iridiòfors i per tant el color. Combinat amb els cromatòfors, les diferents espècies de camaleons poden abarcar gran part dels colors de l’espectre visible.

Diferències de coloració del camaleó pantera quan està relaxat i quan està excitat i la seva relació amb la composició i distribució dels nanocristalls dels iridiòfors. Imatge extreta de Teyssier & Saenko.

PER A QUÈ CANVIAR DE COLOR?

Encara que existeixen altres espècies d’escamosos que poden canviar de color, això sol deure’s a una resposta fisiològica a la termorregulació, a moments d’excitació o a canvis relacionats amb la reproducció. Els camaleons a més, tenen una part important del seu sistema nerviós dedicada a canviar de color ràpida, conscient i reversiblement. Poden fins i tot canviar a colors diferents diferents regions de la pell i mentres una es torna més taronja o vermella, una altra es torna més blanca o blava, creant contrasts i efectes de color molt llampants.

Però llavors, per a què canvien de color els camaleons? Doncs la veritat és que les habilitats caleidoscòpiques d’aquests llangardaixos tenen vàries funcions diferents, variant entre les diferents espècies.

CAMUFLATGE

El motiu més obvi (tot i que no el principal) és el camuflatge. Tot i que la coloració estàndard de la majoria d’espècies de camaleons ja és suficientment críptica, en cas necessari els camaleons són capaços de confondre’s encara més amb el seu entorn. Això els ajuda a no ser detectats per les seves preses, tot i que el motiu principal és passar desapercebut pels seus depredadors.

Camaleó comú (Chamaeleo chamaeleon) perfectament camuflat en el seu entorn. Foto de Javier Ábalos Álvarez.

A més, en un estudi dut a terme amb camaleons nans de Smith (Bradypodion taeniabronchum) es va comprovar que  aquestss eren capaços d’adjustar el grau de canvi de color a les capacitats visuals dels seus depredadors. Aus i serps s’alimenten de camaleons però, mentre que les primeres tenen una bona percepció de les formes i els colors, les segones no tenen una visió tant aguda. S’ha vist que els camaleons nans de Smith mostren canvis de color molt més convincents davant la presència d’una au depredadors, que davant d’una serp.

Fotos d’un camaleó nan de Smith camuflant-se davant de dos depredadors falsos, un botxí i una mamba. Foto de Devi Stuart-Fox.

TERMOREGULACIÓ

Els camaleons són ectoterms i com la majoria de rèptils, depenen de fonts de calor externes. A més dels iridiòfors més superficials (anomenats iridiòfors-S), els camaleons tenen una segona capa més profunda d’iridiòfors anomenats iridòfors-D, que (tot i que presenten una estructura de nanocristalls més desordenada i que no pot ser modificada) reflexen altament la llum infrarroja, i es creu que segurament tinguin alguna funció relacionada amb la termorregulació. Molts altres llangardaixos també presenten una capa d’iridiòfors semblants als iridiòfors-D.

A més dels iridiòfors-D, els camaleons canvien a colors més foscos o més clars per a regular fins a cert punt la seva temperatura corporal. Això es fa especialment patent en les espècies que viuen en els hàbitats amb climes més extrems. Com ja vam explicar en una entrada anterior, el camaleó de Namaqua (Chamaeleo namaquensis), que habita en els deserts del sud-oest africà, presenta un color quasi completament negre a primeres hores del matí per absorbir la màxima quantitat de calor, mentre que a les hores més caloroses mostra una coloració blanquinosa, per a reflectir al màxim la radiació solar.

Dos patrons de coloració diferents en el camaleó de Namaqua, un de més clar (foto de Hans Stieglitz) i un de més fosc (foto de Laika ac).

COMUNICACIÓ

La principal funció del canvi de color en els camaleons és la comunicació intraespecífica. Els camaleons fan servir diferents patrons de color coneguts com a librea a alguns llocs, que canvien per a transmetre informació a altres individus de la seva mateixa espècie com are el seu grau d’estrés, el seu estat reproducció o de salut, etc… La coloració estàndard d’un camaleó sol ser sembalnt a la del seu hàbitat. Per tnt, aquesta coloració sol indicar un bon estat de salut, mentre que si están malalts o tenen algún problema físic, solen mostrar patrons més pàlids i apagats.

Patrons de dominancia i submissió de tres espècies de camaleó nan (Bradypodion sp.) Imatge de Adnan Moussalli & Devi Stuart-Fox.

En moltes espècies, les femelles presenten coloracions més cridaneres i contrastades quan estan en zel, mentre que es mostren d’un color més fosc després de ser fecundades. Al veure aquestes senyals, els mascles poden saber quines femelles es troben disponibles i amb quines femelles val més estalviar-se l’esforç. Els mascles també presenten patrons més cridaners durant la època de reproducció, per a indicar les seves intencions a les femelles i per advertir als seus rivals.

Femella de camaleó de línia blanca (Furcifer lateralis) amb un patró que indica que ja està prenyada i no li interessa aparellar-se. Foto de Bernard Dupont.

Finalment, fora de l’època de reproducció, tots els camaelons utilitzen els seus patrons més colorits en els encontres amb rivals de la seva mateixa espècie. És en aquestes situacions quan els camaleons mostren els colors més contrastats, a més d’inflar-se i mostrar-se més grans i agressius per a espantar als seus rivals.

Vídeo d’un camaleó pantera (Furcifer pardalis) mostrant-se agressiu amb un suposat “rival”. Vídeo de The White Mike Posner.

Com acabem de veure, la varietat de coloracions entre les diferents espècies de camaleons és enorme. Tot i així, aquestes increïbles habilitats no han salvat als camaleons de la llista d’espècies amenaçades, ja que moltes d’elles es troben en perill, principalment per la destrucció del seu hàbitat per la industria fustera i per la seva captura per al tràfic il·legal d’animals exòtics. Esperem que amb una major conscienciació sobre aquests espectaculars i colorits llangardaixos, les generacions futures puguin delectar-se amb els canvis de color dels camaleons durant molt de temps.

REFERÈNCIES

S’han utilitzat les següents fonts durant l’elaboració d’aquesta 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.
• Imatge de portada de Tambako the Jaguar.

Tuatara: reintroducció d’un fòssil vivent

A Nova Zelanda existeix un rèptil el llinatge del qual va sorgir a l’època dels dinosaures. Encara que externament s’assembla a un llangardaix, el tuatara (el nom vol dir “esquena espinosa” en llengua maorí) és una animal amb moltes característiques úniques que fan que se’l classifiqui en un ordre propi separat de la resta de rèptils. En aquesta entrada us explicarem les principals característiques d’aquesta relíquia del passat tant interessant com amenaçada.

ORIGEN I EVOLUCIÓ

Els tuatares són rèptils inusuals el llinatge dels quals es remonta a fa 240 milions d’anys, a meitats del període Triàssic. Els tuatares són lepidosaures, tot i que formen un llinatge diferent al dels escamosos, pel que es troben en un ordre propi, els rincocèfals (ordre Rhynchocephalia). Moltes espècies es van diversificar durant el Mesozoic, tot i que pràcticament totes foren reemplaçades pels escamosos. A finals del Mesozoic només quedava una família, els Sphenodontidae.

Fòssil de Homoeosaurus, un parent extingit dels tuatares. Foto de Haplochromis.

De tots els esfenodòntids que van existir, només els tuatares han sobreviscut fins a l’actualitat. Tradicionalment es considerava que els tuatares incloïen dues espècies: el tuatara comú (Sphenodon punctatus) i el tuatara de la illa Brothers (Sphenodon guntheri), encara que anàlisis recents han popularitzat la idea de que el tuatara és una única espècie, S. punctatus.

ANATOMIA DEL TUATARA

Com ja hem comentat, els tuatares s’assemblen externament a un llangardaix, tenint certa semblança amb les iguanes. Els mascles de tuatara són més grans que les femelles, arribant als 61 cm de longitud i el quilo de pes, mentres que aquestes només arriben als 45 cm i el mig quilo. Els tuatares presenten una filera d’espines al dors que els confereix el seu nom comú. Aquestes és més gran en els mascles, i es pot eriçar per a exhibir-se.

Foto feta per KeresH d’un mascle jove de tuatara.

El que realment distingeix als tuatares és la seva anatomia interna. La resta de rèptils han modificat molt l’estructura del seu crani, però els tuatares han conservat la estructura diàpsida original sense molts canvis. Mentres que cocodrils i tortugues han desenvolupat cranis massissos, els tuatares conserven àmplies obertures temporals, i encara que els escamosos han desenvolupat cranis i mandíbules molt flexibles, els tuatares mantenen un crani rígid. A més, a diferència de la majoria de rèptils, els tuatares no presenten oïdes externes.

Imatge modificada del dibuix de Nobu Tamura sobre el crani del tuatara. En aquest hi veiem les principals característiques que el distingeixen: 1. Premaxil·lar en forma de bec, 2. Dents acrodonts fusionats a les mandíbules, 3. Àmplies obertures temporals típicament diàpsides i 4. Obertura parietal o pineal.

El nom Rhynchocephalia vol dir “cap de bec” i fa referència a l’estructura de bec del premaxil·lar. Els tuatares també són dels pocs rèptils amb dents acrodonts, els quals es troben fusionats al maxilar i la mandíbula y no es renoven. A més, presenten un moviment mandibular únic tipus serra, movent la mandíbula endavant i enrera.

Vídeo de YouOriginal, d'uns tuatares en captivitat alimentant-se. En aquest vídeo podem apreciar el moviment singular de la mandíbula.

Finalment, una de les característiques anatòmiques més increïbles dels tuatares és que aquests conserven el ull parietal o pineal. Aquesta, és una estructura reminiscent dels primers tetràpodes, conectada amb la glàndula pineal i que està involucrada en la regulació de la temperatura i els ritmes circadians. Encara que alguns altres animals també el conserven, els tuatares presenten un autèntic tercer ull, amb una retina i cristal·lí complets, encara que aquest es va cobrint d’escates amb l’edat.

HÀBITAT I BIOLOGIA

Els tuatares viuen en uns trenta illots a l’estret de Cook, entre les dues illes principals de Nova Zelanda. A més, l’antiga espècie S. guntheri es troba a l’illa de Brothers, a la part nord-oriental de illa Sur. Totes les poblacions viuen en zones boscoses o de matollar costaneres, amb terres tous on poden excavar. A més, a gran part de la seva àrea de distribució existeixen colònies d’aus marines, els nius de les quals són aprofitats pels tuatares.

Foto de Satoru Kikuchi d’un típic bosc neozelandès.

Comparats amb la majoria de rèptils, els tuatares viuen en hàbitats relativament freds, amb temperatures anuals que oscil·len entre els 5 i els 28°C. Els tuatares són principalment nocturns, sortint dels seus caus normalment de nit, tot i que a vegades se’ls pot trobar prenent el sol a ple dia (especialment a l’hivern).

Els tuatares tenen pocs depredadors naturals. A part d’alguns animals introduïts, només les gavines i algunes aus de presa presenten un perill per aquests rèptils. La seva dieta, en canvi, és bastant variada. Sent depredadors que esperen a que les seves preses passin per davant seu, els tuatares s’alimenten principalment d’invertebrats com escarabats, grills i aranyes, tot i que poden arribar a depredar petits llangardaixos, ous i pollets d’aus, i fins i tot tuatares més petits. Com que les seves dents acrodontes no es renoven, aquestes es van desgastant al cap del temps, pel qual els exemplars més vells solen alimentar-se de preses més toves com cargols i cucs.

Els tuatares es reprodueixen entre gener i març (estiu), moment en el que els territorials mascles competeixen per les femelles, les quals pondràn uns 18-19 ous entre l’octubre i el desembre (primavera). El sexe de les cries dependrà de la temperatura d’incubació (mascles a temperatures més altes, femelles a més baixes). Els ous eclosionaran al cap de 11-16 mesos (un dels temps d’incubació més llargs de tots els rèptils), dels quals sortiran petits tuatares que evitaran als adults caníbals sent principalment diürns.

Vídeo únic del naixement d’un tuatara a la Victoria University de Wellington. La marca translúcida del cap del petit tuatara correspòn a l'ull parietal.

Com ja hem vist pel seu llarg període d’incubació, els tuatares es desenvolupen lentament. Aquests rèptils no arribaran a la maduresa sexual fins passats els 12 anys, tot i que segueixen creixent a partir de llavors. A més, els tuatares són animals molt longeus, arribant a viure més de 60 anys en estat salvatge. En captivitat poden arribar a superar els 100 anys d’edat.

CONSERVACIÓ I AMENACES

Abans de l’arribada de l’home, els tuatares estaven presents a les dues illes principals de Nova Zelanda i en molts més illots. Quan els colons europeus van arribar, els tuatares ja només es trobaven a unes 32 petites illes. Es creu que la desaparició dels tuatares de les illes principals es deu principalment a la destrucció de l’hàbitat i a la introducció de mamífers foranis com les rates. Altres amenaces són la baixa diversitat genètica per l’aïllament de les diferents poblacions i el canvi climàtic, que pot afectar al sexe de la descendència.

Mapa de la distribució actual dels tuatares. Els quadrats corresponen a l’antiga espècie Sphenodon guntheri, ara considerada una població de S. punctatus.

Quan l’ésser humà arribà a les illes, es creu que el 80% de Nova Zelanda estava coberta de boscos. Amb l’arribada de les primeres tribus polinèsies cap a l’any 1250, començà la deforestació de més de la meitat de l’arxipèlag. Segle després, amb l’arribada dels europeus, aquesta deforestació s’intensificà encara més, fins a la situació actual, que només es conserva el 23% del bosc original.

Foto de Cliff d’una rata del Pacífic (Rattus exulans), una de les principals amenaces pels tuatares.

La introducció de mamífers foranis ha sigut un dels principals factors de declivi dels tuatares a l’actualitat, en especial la introducció de la rata del Pacífic (Rattus exulans). Aquest rosegador ha afectat a les poblacions, no només de tuatares, sinó també les de moltes espècies d’aus endèmiques de Nova Zelanda. En estudis de convivència entre les rates i els tuatares, s’ha observat que les rates, a més de depredar els ous i juvenils, també competeixen amb els tuatares adults pels recursos. Amb un cicle vital tant lent, els tuatares no poden recuperar-se d’aquest impacte.

Foto de Br3nda d’un tuatara reintroduït i marcat.

Tot i així, actualment els tuatares estàn classificat com sota “preocupació menor” a la llista roja de la IUCN. Això és gràcies als grans esforços de grups conservacionistes que han contribuït a la recuperació d’aquesta espècie. Una de les principals tasques ha estat la eliminació de la rata del Pacífic de les principals illes on habiten els tuatares. Per a això, es realitzà un esforç titànic en moltes illes en les que es van capturar poblacions senceres de tuatares per a la reproducció en captivitat, mentres s’eliminava a les rates d’aquests illots. Un cop eliminada la seva principal amenaça, tots els individus capturats i els seus descendents nascuts en captivitat van ser tornats als seus hàbitats naturals per a que poguéssin viure sense aquest ferotge competidor.

Vídeo de Carla Braun-Elwert, sobre l'èxit reproductor d’una vella parella de tuatares.

Actualment, la població salvatge de tuatares s’estima entre els 60.000 i els 100.000 individus. Es pot dir que aquest fòssil vivent, que va estar a punt de desaparèixer després de milions d’anys d’existència, va rebre una segona oportunitat per a seguir habitant les increïbles illes neozelandeses. Esperem que en el futur, poguem seguir disfrutant de l’existència d’aquest rèptils, únics supervivents d’un llinatge pràcticament extingit, per molts segles més.

REFERÈNCIES

S’han consultat les següents fonts durant l’elaboració d’aquesta 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.

Rèptils del desert

Els deserts són uns dels hàbitats més extrems del planeta. El del Sàhara, el del Gobi i el de Sonora són exemples d’alguns dels deserts càlids on les altes temperatures i la falta d’aigua suposen un gran repte pels animals que hi viuen. Els rèptils són un dels grups d’animals que presenten les adaptacions més increïbles per a la vida al desert. En aquesta entrada us explicarem els problemes als que s’enfronten els rèptils que hi viuen, i us presentarem diferents espècies de serps i llangardaixos que han trobat en el desert la seva llar.

ELS RÈPTILS AL DESERT

La característica que uneix a tots els deserts és l’escassa precipitació ja que, contràriament al que molta gent pensa, no tots els deserts presenten temperatures altes (existeixen també els deserts freds, com el desert Àrtic i l’Antàrtic, ambdós en perill pel canvi climàtic). Els rèptils són més abundants en els deserts càlids que en els freds, ja que les baixes temperatures els impedirien dur a terme la seva activitat vital.

Mapa per Vzb83 dels deserts càlids, àrids i semiàrids, del món.

Els deserts càlids no sempre tenen temperatures extremadament altes. Mentre que durant el dia les temperatures poden arribar a sobrepassar els 45°C, quan es pon el sol les temperatures poden descendir fins a sota del punt de congelació, creant oscil·lacions diàries de fins a 22°C. Els diferents rèptils del desert, al ser poiquiloterms i ectoterms, utilitzen diferents estratègies comportamentals per tal d’evitar el sobreescalfament durant el dia i conservar la temperatura durant la nit (per exemple, enfilant-se a zones elevades o dormint en caus).

El camaleó de Namaqua (Chamaleo namaquensis) regula la seva temperatura corporal canviant de color. A les primeres hores de sol és de color negre per absorbir el màxim de radiació i activar el seu metabolisme. Quan les temperatures augmenten massa, es torna de color blanc per a reflectir la radiació solar. Vídeo de la BBC.

Com ja hem dit, la principal característica de qualsevol desert és la manca d’aigua. En general, en un desert cauen menys de 250 mm d’aigua a l’any. La pell escamosa i impermeable dels rèptils evita la pèrdua d’aigua i els seus excrements contenen àcid úric que, comparat amb la urea, és molt menys soluble en l’aigua, fent que retinguin més líquids. La majoria de rèptils dels deserts extrauen l’aigua que necessiten de l’aliment i alguns beuen l’aigua de la rosada.

Tant les temperatures extremes com les poques precipitacions fan que en els deserts generalment hi hagi poca vida. La vegetació és escassa i els animals solen ser petits i discrets. Aquesta manca de recursos fa que els rèptils del desert siguin més aviat petits comparats amb els seus parents d’ambient més benèvols. A més aquests sauris solen ser animals que aprofiten qualsevol aliment disponible, tot i que s’ho pensen molt bé a l’hora de gastar la seva valuosa energia per aconseguir el seu següent àpat.

SERPS DE LA SORRA

En molts deserts sorrencs hi trobem vàries espècies de serps (i de llangardaixos àpodes) que s’han adaptat a la vida entre les dunes. Molts d’aquests ofidis comparteixen un mètode de desplaçament anomenat “a cops laterals” (en anglès “sidewinding”), en el qual aixequen el cap i coll de terra i els mouen lateralment, mentre que la resta del cos es queda a terra. Quan tornen a posar el cap a terra, el cos s’aixeca fent que les serps es desplacin lateralment en un angle de 45°. Aquest mètode de locomoció fa que les serps dels deserts es desplacin de forma molt eficaç en un terreny inestable. A més, també minimitza el contacte amb un substrat extremament calent, ja que el cos d’aquests ofidis només toca el terra en dos punts en tot moment.

Com veiem en aquest vídeo de RoyalPanthera, el “sidewinding” permet a les serps del desert desplaçar-se minimitzant el contacte amb el terra calent.

Molts ofidis del desert s’enterren a la sorra tant per a evitar la insolació com per a camuflar-se i sorpendre a les seves preses. Això ha fet que moltes serps desertícoles siguin sensibles a les vibracions generades per les seves preses al moure’s per la sorra. A més algunes espècies presenten l’escama rostral (l’escama de la punta del musell) més engruixida i desenvolupada per a ajudar-les a excavar en terrenys sorrencs.

Un exemple d’això són les serps nord americanes del gènere Heterodon, conegudes també com a serps musell de porc, ja que presenten l’escama rostral elevada donant-li al seu musell una forma característica. Foto de Heterodon nasicus per Dawson.

Els escurçons banyuts del gènere Cerastes també presenten vàries característiques que els faciliten la vida als deserts. Aquests escurçons eviten les altes temperatures sent actius durant la nit i passen el dia enterrats a la sorra. El seu mètode de caça consisteix en enterrar-se esperant a que passi una presa, estalviant així el màxim d’energia. Les seves escames supraoculars en forma de banya es creu que els serveixen per a evitar que la sorra cobreixi els seus ulls quan estàn enterrats.

Foto de Tambako The Jaguar d’un escurçó banyut del Sàhara (Cerastes vipera), espècie del nord d’Àfrica i la Península del Sinaí.

CRIATURES ESPINOSES

En diferents deserts del món hi trobem rèptils que tenen el cos recobert d’espines. Això, no només els proporciona certa protección contra els depredadors, sinó que a més els camufla en un ambient on abunden les plantes espinoses. Dos d’aquests animals són membres del subordre Iguania: el diable espinós i els llangardaixos cornuts.

Foto d’un diable espinós (Moloch horridus) per Christopher Watson.

El diable espinós (Moloch horridus) és un agàmid que viu en deserts sorrencs d’Austràlia. Aquest llangardaix presenta espines per tot el cos que el fan difícil d’empassar per als seus depredadors. També presenta una protuberància darrera del cap que actua com a magatzem de greix. Quan es sent amenaçat, amaga el seu cap autèntic entre les potes i mostra la protuberància del coll com un cap fals. Probablement l’adaptació més interessant d’aquest animal és el sistema de petits canals que presenta entre les escames, els quals recullen tota aigua que entra en contacte amb la pell i la condueixen directament a la boca.

Els llangardaixos cornuts (gènere Phrynosoma, coneguts també com a “gripaus banyuts”) són iguànids que es troben en diferents hàbitats àrids d’Amèrica del Nord. De forma similar al diable espinós, els seus cossos recoberts d’espines els fan difícils d’empassar pels depredadors. A més, al ser atrapats inflen el seu cos per dificultar’ls-hi encara més la tasca. Finalment, algunes espècies com el llangardaix cornut de Texas (Phrynosoma cornutum) són coneguts per la seva capacitat d’autohemorragia: quan es veuen acorralats poden ejectar un raig de sang pudent de l’ull que espanta  a la majoria de depredadors.

Foto del U.S. Fish & Wildlife Service d’un llangardaix cornut de Texas (Phrynosoma cornutum).

Com podeu veure, en els deserts hi podem trobar rèptils amb algunes de les adaptacions més enginyoses (i fastigoses) del món. Aquests només són uns pocs exemples de la increïble diversitat de sauris que trobem pels deserts del món, els quals només procuren sobreviure a les dures condicions d’aquests ambients tant extrems. A vegades però, només cal evitar cremar-se els peus amb la sorra.

Vídeo de BBCWorldwide d’un llangardaix musell de pala (Zeros anchietae) fent la “dansa termal” per disminuir el contacte amb la sorra calenta.

REFERÈNCIES

S’han consultat les següents fonts durant l’elaboració d’aquesta 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.
• Imatge de portada de Yathin S. Krishnappa.

Monstres i dracs: Llangardaixos verinosos

Quan pensem en animals verinosos la majoria de persones pensa en els mateixos. Aranyes, escorpins i serps són els primers que ens venen al cap, encara que també hi ha amfibis, peixos i mamífers verinosos. Tot i que les serps són els rèptils verinosos més coneguts, amb el pas del temps s’ha vist que no són l’únic grup que presenta glàndules verinoses i que molts altres rèptils també poden injectar verí. En aquesta entrada donarem a conèixer als sauris verinosos menys coneguts i intentarem explicar la seva relació amb les serps.

EVOLUCIÓ DEL VERÍ EN RÈPTILS

Tothom està familiaritzat amb les capacitats tòxiques de les serps. Tradicionalment s’ha cregut que el verí havia evolucionat independentment en els diferents grups de serps verinoses (colúbrids, elàpids i vipèrids) i en una família de llangardaixos (els helodermàtids). Tanmateix, aquesta visió ha anat canviant amb el temps i amb el descobriment d’altres espècies d’escamosos verinosos.

El verí de molts animals és útil tant pel desenvolupament d'antídots, com en la recerca de analgèsics i altres medicaments. Foto de l’extracció de verí d’un escurçó (Echis carinatus), de Kalyan Varma (Imatge sota llicència GNU).

Actualment s’ha comprobat que hi ha diferents espècies de sauris que presenten glàndules i òrgans capaços d’injectar verí, a més de molts altres amb material genètic relacionat amb la producció de verí (encara que no siguin verinosos). Això passa, per exemple, amb moltes serps i llangardaixos aparentment no verinosos però que retenen material genètic associat amb la síntesis de verí, cosa que ha fet que molts científics agrupin a aquests rèptils en un clade comú anomenat Toxicofera, “portadors de toxines”.

Aquest nou clade agrupa a diferents grups d’escamosos que es creu que van tindre un avantpassat comú verinós. Aquests grups són:

• Ophidia: Ofidis, o sigui les serps.

Serp llop de l’Índia (Lycodon aulicus), exemple d’ofidi. Foto de Shantanu Kuveskar.

• Iguania: Iguanes, agames i camaleons.

Basilisc marró (Basiliscus vittatus), exemple d’iguani. Foto de Steve Harbula.

• Anguimorpha: Varans, vidriols i altres.

Varà sord de Borneo (Lanthanotus borneensis), exemple d’anguimorf. Foto de Kulbelbolka.

Tot i que la majoria d’iguanis i anguimorfs actuals no presenten verí, la teoria dels Toxicofera proposa que moltes espècies haurien perdut la capacitat d’injectar verí secundàriament.

A continuació, us presentem alguns dels sauris verinosos menys coneguts.

MONSTRES DEL NOU MÓN

Els escamosos verinosos més coneguts són els anguimorfs de la família Helodermatidae. Des del seu descobriment es va saber que aquests llangardaixos eren verinosos, ja que presenten un parell de glàndules productores de verí a la mandíbula inferior i varis parells de dents amb solcs semblants als de les serps verinoses, amb les quals injecten el verí.

Crani d’helodermàtid, en el que observem les esmolades dents amb les que injecten el verí. Imatge de Heloderma.net.

Els helodermàtids són animals carnívors que s’alimenten de petits mamífers, ocells, sargantanes, amfibis, invertebrats, ous de diferents animals i carronya. Tenint en compte la seva dieta generalista i que les seves preses són relativament inofensives, es creu que el verí d’aquests rèptils va aparèixer com un mètode defensiu, no com una estratègia de caça.

Foto de Walknboston d’un monstre de Gila (Heloderma suspectum), en la que veiem la seva coloració negra i groga amb la qual avisa als seus depredadors de la seva toxicitat (coloració aposemàtica).

El monstre de Gila i el llangardaix tacat mexicà (Heloderma horridum) són animals lents i per tant no són perillosos pels éssers humans. Tanmateix, la seva popularització com a mascotes exòtiques ha tingut com a conseqüència alguns casos de mossegades. La mossegada del monstre de Gila provoca un dolor agut i ardent, edema local, debilitat, desmais i nàusees. Tot i que la ferida sol sangrar bastant, això no es deu a cap substància anticoagulant, sinó a les esmolades dents dels helodermàtids i al fet de que per injectar el verí han de mastegar amb força a l’agressor, provocant ferides profundes.

EL DRAC BARBUT

Els sauris del gènere Pogona són iguanis de la família Agamidae. Aquests rèptils originaris d’Austràlia es coneixen com a dracs barbuts per les espines que presenten a la gola. Tot i estar adaptats a ambients àrids, la temperatura ambiental pot afectar al sexe de les seves cries.

Foto d’un drac barbut de l’est, en que veiem el interior de la seva boca de color groc. Ens estarà intentant avisar d’algo amb aquesta coloració? Foto de Matt.

Els dracs barbuts són animals inofensius, però existeix una espècie amb una arma secreta. El drac barbut de l’est (Pogona barbata) és un llangardaix verinós, mentre la resta de rèptils verinosos només presenta un parell de glàndules verinoses, el drac barbut de l’est en presenta dos parells: dues a la mandíbula superior i dues a la inferior.

Secció transversal de la boca d’un drac barbut de l’est, on es veuen les glàndules verinoses incipients tant de la mandíbula superior (mxivg) com de la inferior (mnivg). Imatge extreta de Fry, Vidal et al.

El verí generat és poc potent (en éssers humans només provoca una lleugera inflamació) i les glàndules es consideren vestigials. Tanmateix, segons la teoria dels Toxicofera les glàndules del drac barbut ens mostren la forma primitiva que haurien presentat les glàndules del primer rèptil toxicòfer, el qual hauria presentat dos parells de glàndules verinoses en lloc d’un parell com la majoria d’escamosos verinosos actuals.

ELS GRANS VARANS

Tothom ha sentit a parlar dels varans (anguimorfs de la família Varanidae). Hi ha centenars de documentals sobre el dragó de Komodo, en els quals se’ns explica que aquests animals tenen tal quantitat de bacteris a la boca, que la seva mossegada provoca una infecció suficient per acabar amb la vida d’un bou adult. Tanmateix, estudis recents han demostrat que la pobra higiene bucal dels varans no és el que provoca la mort de les seves víctimes.

Varà gegant australià o “perentie” (Varanus giganteus) un varànid típic, amb coll llarg, potes robustes, metabolisme actiu i sentits desenvolupats. Foto de Bernard Dupont.

Tot i que hi ha tres espècies frugívores, la resta són carnívors obligats. Sempre s’ha dit que els bacteris de la boca dels varans son el que provoca la mort de les seves preses, encara que no hi ha cap estudi que ho corrobori. De fet, en diversos estudis s’ha vist que els bacteris de la saliva dels varans no difereixen gaire dels de la saliva d’altres rèptils no carnívors.

Foto on veiem la temuda saliva dels varans, concretament d’un varà aquàtic (Varanus salvator). Imatge de Lip Kee.

En un estudi, es va veure que vàries espècies de varans presentaven glàndules verinoses a la mandíbula inferior. Aquestes glàndules són les més complexes d’entre tots els rèptils verinosos. En el cas del dragó de Komodo, són glàndules compostes, amb un gran compartiment posterior i cinc petits compartiments anteriors. Aquests compartiments presenten conductes que aboquen el verí entre les dents.

Tot i que els varànids estan estretament emparentats amb les serps (comparteixen, per exemple, la llengua bífida) aquests no presenten els solcs a les dents, característics dels ofidis verinosos i dels helodermàtids. Això es deu a que, enlloc d’injectar el verí directament, els varans utilitzen les seves dents aserrades per obrir una gran ferida a les seves preses, a través de la qual entrarà el verí a l’organisme.

Crani de megalània (Varanus priscus) en el que veiem les dents sense solcs. Aquest varà extint de més de 5 metres de llarg, fou l’animal verinós més gran conegut. Foto de Steven G. Johnson.

La utilitat del verí en els varans depredadors es recolza en la gran quantitat que en produeixen. En les serps constrictores que no utilitzen verí, els gens que codifiquen per a la síntesi de verí es troben atrofiats per la gran quantitat d’energia que es gasta en produir-lo. Els varans en canvi, secreten molt de verí amb una mínima estimulació de les seves glàndules. Aquest verí té components anticoagulants que eviten que la ferida es tanqui, i també produeix un xoc cardiovascular en l’animal per disminució de la pressió sanguínia.

Grup de dragons de Komodo (Varanus komodoensis) devorant un porc recent caçat. Imatge extreta de Bull, Jessop et al.

Tot i que encara no sabem segur si l’avantpassat comú de tots aquests animals era verinós, ni si el verí va aparèixer independentment en les diferents famílies, la relació dels diferents membres del clade Toxicofera ha estat recolzada per anàlisis filogenètics posteriors. El que està clar és que el verí és una arma molt potent en la lluita per la supervivència i que, tot i que les serps són els rèptils verinosos més numerosos, moltes altres espècies d’escamosos s’han beneficiat de l’ús de les toxines, tant per defensar-se com per sotmetre les seves preses.

REFERÈNCIES

S’han utilitzat les següents fonts per a l’elaboració d’aquesta 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/
• Imatge de portada de Rocío Corzo.

El món des dels ulls d’una serp

Imagina’t que ets una serp. T’arrossegues arràn de terra, amb un cos llarg i prim al darrera. No tens orelles i tot i que els teus ulls són grans i estàn ben desenvolupats, no pots parpellejar. Constantment treus la llengua, cosa que t’informa de tot el que ha passat al teu voltant, especialment l’olor del suculent ratolí que fa dies que busques. Els ofidis han patit tantes modificacions corporals que els seus sentits s’han hagut d’adaptar al seu estil de vida. Amb més de 3.000 espècies actuals de serps és difícil generalitzar, però en aquesta entrada explicarem algunes de les adaptacions sensorials més curioses dels ofidis actuals, intentant portar llum al món d’aquests animals tant fascinants i injustament tractats.

OLFACTE: TESTANT L’AIRE

Un dels sentits més desenvolupats dels ofidis és l’olfacte. És sabut que les serps utilitzen la llengua per olorar l’aire i detectar substàncies químiques. Abans es creia que les serps només feien servir la llengua per olorar i que l’epiteli nasal només servia per activar aquest mecanisme. Ara sabem que les serps oloren fent servir tant el nas com la llengua, tot i que aquesta els és més útil en determinades situacions.

Imatge de microscopi d’un tall transversal del crani d’una serp, on es veu l’epitel·li olfactiu tant de la cavitat nasal com de l’òrgan vomeronasal. Imatge de Elliott Jacobson.

Les serps tasten l’aire mitjançant la llengua i l’òrgan vomeronasal o òrgan de Jacobson. Aquest òrgan no és exclusiu de les serps, ja que es troba també en altres llangardaixos, algunes salamandres i en molts mamífers. L’òrgan vomeronasal serveix per detectar substàncies químiques no volàtils (que necessiten contacte directe amb l’epiteli per ser detectades) com ara feromones o el rastre d’un presa.

Esquema de la posició de l’òrgan vomeronasal. Aquest es forma durant el desenvolupament embrionari a partir de la cavitat nasal i té una obertura al paladar. Imatge de Fred the Oyster.

L’inconfusible llengua bífida de les serps està molt especialitzada en transportar partícules fins a l`organ vomeronasal. Aquesta presenta un seguit de papil·les o depressions (depenent de l’espècie) microscòpiques que ajuden a la captacio i retenció de partícules oloroses. Després porta aquesta informació fins al paladar, on entra en contacte amb l’òrgan vomeronasal.

Els varans (parents de les serps) també presenten una llengua bífida que els permet ensumar l’aire. Foto d’un varà aquàtic (Varanus salvator) a l’Índia, de Dibyendu Ash.

Les serps sacsegen la llengua a l’aire o contra alguna superfície per recollir “mostres químiques” de l’ambient. A més, el fet de que la llengua sigui bífida es creu que els serveix per a detectar millor la direcció d’on ve l’estímul, ja que la informació que obtenen de cada punta de la llengua va a una de les dues cavitat de l’òrgan vomeronasal i viatja fins al cervell per vies separades.

Foto d’una serp de collar (Natrix natrix) treient la llengua per tastar l’aire. Imatge de WikiImages.

Les serps utilitzen aquesta informació química per a rastrejar preses, buscar parella i detectar l’estat reproductor d’un altre individu. A més, en un article recent s’ha estudiat com les serps (gràcies al seu sentit de l’olfacte) eren capaces de reconèixer als seus germans i familiars, triant-los abans que un desconegut per a compartir els seus caus d’hivernació.

OÏDA: SENTIR-HI SENSE ORELLES

L’oïda es un dels sentits menys desenvolupats dels ofidis. L’absència d’oïda externa va fer que durant molt de temps es pensés que les serps eren sordes. Tanmateix, recentment s’ha comprovat que les serps sí que tenen diferents mètodes per a detectar diferents tipus de vibracions.

Retrat d’una pitó de l’Índia (Python molurus) en el que es veu clarament l’absència d’oïda externa. Foto de Holger Krisp.

Com ja vam comentar en una entrada anterior, les serps no presenten ni oïda externa ni timpans. Tanmateix, sí que presenten tots els elements de l’oïda interna característics dels tetràpodes. El que canvia és el mètode de transmissió dels estímuls vibracionals, que en els ofidis es duu a terme mitjançant un òs anomentat columella.

Esquema de l’aparell auditiu d’una serp qualsevol. Imatge de Dan Dourson.

La columella és un petit òs llarg i prim que està lligat mitjançant lligament i teixits cartilaginosos a la part posterior de la mandíbula superior i s’articula amb la mandíbula inferior. Les serps en tenen una a cada costat del crani i tenen una funció equivalent als estreps (òssos de l’oïda mitja dels mamífers). Les columelles estàn completament envoltades de teixits de manera que les vibracions, tant aèries com terrestres o aquàtiques, són tranmeses a aquests ossos, els quals es troben en contacte amb el líquid de l’oïda interna.

Tot i així, la sensibilitat de les serps a les ones aèries és força limitada. Per exemple, mentre que els éssers humans podem sentir vibracions aèries d’entre 20 i 20.000 Hz, les serps només detecten vibracions entre els 50 i 1000 Hz. Tanmateix, tot i tindre un rang auditiu tant limitat, en algunes espècies de serps s’ha vist que l’aparell auditiu pot rebre estímuls vibratoris de qualsevol part del cos, ja que aquests es transmeten a través dels teixits fins a les columelles.

Les serps aquàtiques com l’anaconda (Eunectes murinus) poden detectar amb tot el cos els sons d’animals movent-se sota l’aigua. Foto de Ddouk.

Tot i les limitacions que tenen en detectar les ones aèries, el que se’ls dóna millor és detectar les vibracions provinents del terra o de l’aigua. La majoria de serps poden detectar amb gran precisió la vibració causada per les passes d’una presa arrepenjant la mandíbula inferior (que està en contacte amb les columelles) al substrat.

L’escurçó banyut aràbic (Cerastes gasperettii) és una serp que viu en deserts sorrencs, on el terreny permet una gran transmissió de vibracions terrestres. Imatge de Zuhair Amr.

VISTA: LLUM I COLOR

Els ulls de les serps no difereixen gaire dels de la resta de vertebrats terrestres. Sí que tenen però algunes característiques especials, degut segurament als seus orígens subterranis o subaquàtics. La majoria de científics creuen que les serps van tindre que per dir-ho d’alguna manera, “reinventar els seus ulls”.

Els ofidis més primitius, com aquesta serp cega europea (Typhlops vermicularis), tenen ulls petits i poc desenvolupats. Imatge de Kiril Kapustin.

L’estructura de l’ull és pràcticament igual que en la resta de tetràpodes. Una diferència és el mètode d’enfoc que, mentre que en la resta de tetràpodes l’ull enfoca canviant la curvatura del cristal·lí, les serps enfoquen movent el cristal·lí endavant i endarrera. A més, mentre que quasi tots els vertebrats terrestres tenen parpelles que protegeixen l’ull, les serps tenen una escama ocular transparent que es renova cada cop que muden de pell.

Serp ratera occidental (Pantherophis obsoletus) a punt de mudar de pell, moment en que l’escama ocular es torna opaca. Foto de Bob Warrick.

Depenent de l’estil de vida de la serp la seva visió presenta adaptacions diferents, tot i que en la majoria d’espècies la retina presenta tant bastons (sensibles en condicions de poca llum) com cons (permeten veure els detalls i els colors). Les serps subterrànies més primitives presenten ulls força simples, amb només bastons que els permeten diferenciar la llum i la foscor. En canvi la majoria de serps diurnes presenten pupil·les rodones amb cons i bastons.

Moltes serps arborícoles com aquesta serp fuet verda (Ahaetulla nasuta) presenten pupil·les horitzontals que els permeten augmentar el seu camp de visió, fent que puguin calcular millor les distàncies entre branca i branca. Foto de Shyamal.

A part de la llum visible, algunes serps poden veure altres longituds d’ona. Els cròtals i alguns pitonomorfs (pitons i boes) poden detectar la radiació infrarroja, podent veure la signatura térmica del seu voltant. Això els resulta extremament útil per a detectar les preses en condicions de poca llum, ja que poden percebre la seva escalfor corporal.

Fotos d’una pitó i un cròtal on es senyalen tant els forats del nas (fletxes negres) com les fossetes termorreceptores (fletxes vermelles). Imatge de Serpent nirvana.

Això ho aconsegueixen mitjançant les fossetes termorreceptores, unes cavitats que han aparegut independentment en els cròtals i en els pitonomorfs. Mentres que els cròtals presenten només un parell de fossetes loreals a banda i banda del musell, els pitonomorfs en presenten vàries de labials en el llavi superior o l’inferior. Tot i tindre’n menys, les dels cròtals són més sensibles que les de les pitons.

Esquema de l’estructura de la fosseta termorreceptora d’un cròtal. Aquesta presenta una membrana sensible als canvis de temperatura, darrera de la qual hi ha una cambra amb aire i nervis sensibles a l’escalfor. Aquest aire es dilata amb els increments de temperatura i activa el nervi trigèmin. Imatge de Serpent nirvana.

Aquestes fossetes són extremadament sensibles i poden detectar canvis de temperatura de fins a 0,001°C. El nervi trigèmin arriva al cervell via el tectum òptic, fent que la imatge detectada pels ulls es superposi amb l’imatge infrarroja de les fossetes. Això fa que aquestes serps detectin tant la llum visible (com nosaltres) com la radiació infrarroja, d’una forma que a nosaltres ens resulta impossible d’imaginar.

Vídeo de BBCWorldwide en el que se’ns explica com un cròtal de bosc (Crotalus horridus) utilitza la seva detecció de la radiació infrarroja per a caçar una rata en la foscor.

Com heu vist, les serps perceben el món de forma molt diferent a la nostra. Les serps no deixen indiferent a ningú i, de la mateixa forma que diferents persones veuen a les serps de formes diferents, les diferents espècies d’ofidis presenten adaptacions diferents i diverses per a percebre el món que les envolta. Esperem que amb aquesta entrada hàgiu pogut entendre una mica millor l’increïble món en el que viuen les serps.

REFERÈNCIES

Les següents fonts han estat consultades durant l’elaboració d’aquesta 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
• Imatge de portada de Bernard Dupont.

Immaculada Concepció… en rèptils i insectes

El pont de desembre i les festes de Nadal tenen en comú que ambdues celebren el que anomenem la Immaculada Concepció. El fenòmen biològic pel qual una femella té descendencia sense que hi hagi aparellament amb un mascle s’anomena partenogènesi i, tot i que no hi ha cap prova que en demostri l’existència en éssers humans, els naixements virginals són un fenòmen força estès en el regne animal. En aquesta entrada veurem com ocorre aquest fenòmen tant increíble i algunes espècies en les que es dóna.

QUÈ ÉS LA PARTENOGÈNESI?

La partenogènesi és un tipus de reproducció asexual en la que la descendència prové d’un òvul sense fecundar. Al no haver-hi fecundació (unió del material genètic de l’òvul amb el de l’espermatozou) la descendencia no presentarà ADN del pare (si és que hi ha pare). Els fills resultants seràn còpies genètiques (clons) de la mare.

En la fecundació, al ajuntar-se l’òvul i l’espermatozou (ambdós haploides, amb n nombre de cromosomes cadascun) s’obtindrà un individu amb material genètic únic, fruit de la combinació de l’ADN del pare i de la mare (diploide, amb dues còpies de cada cromosoma, 2n cromosomes a cada cèl·lula). Els animals triploides (3n) o tetraploides (4n) es donen en espècies híbrides asexuals, tot i que en molts casos no solen ser viables. Imatge de Ehamberg.

En el cas dels animals partenogènics s’ha de suplir la falta de material genètic patern, ja que en moltes espècies els individus haploides no solen ser viables. En aquestes espècies es sol reestablir la diploidia (2n cromosomes) mitjançant un procés anomenat automixis. En algunes espècies però, els individus partenogènics amb genoma haploide són viables i no tenen cap problema per sobreviure.

Resulta impossible posar un exemple general de reproducció asexual,  ja que aquesta es troba molt estesa entre grups d’animals molt diferents i els casos són molts i molt diferents entre sí. A continuació us presentem uns quants exemples de diferents estratègies utilitzades pels animals per a reproduïr-se asexualment.

HAPLODIPLOIDIA EN ABELLES I VESPES

La haplodiploidia és un fenòmen que s’observa en dos ordres d’insectes, els himenòpters (abelles, formigues i vespes) i els tisanòpters (trips o xinxes del mal temps). En aquest sistema de determinació sexual, si l’òvul és fecundat naixeran femelles diploides, mentre que si no és fecundat naixeran mascles haploides.

Colònia d’abelles carnolianes (Apis mellifera carnica), una subespècie d’abella de la mel de l’est d’Europa. Foto de Levi Asay.

En l’abella de la mel, quan l’abella reina es reprodueix amb un abellot (abella mascle), tots els individus diploides (2n) es convertiran en femelles, amb ADN combinat de la reina i l’abellot. En canvi, els abellots neixen per partenogènesi, en que un òvul de la reina es començarà a desenvolupar en un abellot haploide (n). Això implica que els individus d’una colònia descendents d’una mateixa reina estiguin molt més emparentats entre ells que els germans normals (els abellots porten el 100% del ADN matern). Això es creu que va ajudar al desenvolupament de conductes eusocials en els diferents grups d’himenòpters.

PARTENOGÈNESI CÍCLICA

Aquest tipus de partenogènesi es troba en diferents grups d’invertebrats que poden alternar entre la reproducció asexual i la reproducció sexual al llarg del seu cicle vital, depenent de les condicions ambientals.

Esquema del cicle vital d’un rotífer, en el que s’alterna la reproducció asexual amb partenogènesi en períodes de bones condicions ambientals, amb la reproducció sexual amb un mascle haploide quan les condicions no són òptimes. Imatge extreta de Hanson et al. 2013.

Alguns grups d’invertebrats com els àfids, presenten reproducció asexual partenogènica desde la primavera fins a principis de tardor, quan les condicions són favorables. En moltes poblacions durant aquesta etapa només hi trobem femelles que pareixen més femelles.

Vídeo a càmera ràpida en que es veu com quan hi ha bones condicions ambientals els àfids aprofiten per augmentar ràpida i eficaçment el nombre d’individus asexualment. Vídeo de Neil Bromhall.

Al acostar-se la tardor, les femelles partenogèniques comencen a parir mascles i femelles sexuals. Els dos sexes es produeixen per partenogènesi i porten el 100% de l’ADN de la mare. Els individus sexats i alats es dispersen per evitar reproduïr-se amb els seus germans. Aquests copularan i les femelles pondran ous resistents que passaran l’hivern. A la primavera aquests ous donaran lloc a una nova generació de femelles partenogèniques que tornaran a començar el cicle.

PARTENOGÈNESI AUTÈNTICA EN ESCAMOSOS

L’únic grup de vertebrats en que s’observa partenogènesi autèntica és en els escamosos, amb unes 50 espècies de llangardaixos i una espècie de serp sent partenogènics obligats. Aquestes espècies són unisexuals, essent tots els individus femelles que es reprodueixen asexualment sense la intervenció de cap mascle. A més hi han bastantes espècies que, tot i reproduïr-se sexualment, poden reproduïr-se asexualment en absència de mascles (partenogènesi facultativa).

Llangardaix cua de fuet de l’espècie Cnemidophorus uniparens que, com el seu nom indica, és una espècie partenogènica en que tots els exemplars són femelles. Foto de Ltshears.

Hi ha casos aïllats taurons, serps i dragons de Komodo femelles en captivitat que s’han reproduït sense que hi hagués fecundació o còpula amb un mascle. Això però, es coneix com a partenogènesi accidental, ja que la alta mortalitat de la descendència (sobrevivint entre 1/100.000 i 1/milió) fa que probablement es degui a un error de l’organisme, més que no pas a un fenòmen adaptatiu.

Cria de dragó de Komodo (Varanus komodoensis) nascuda per partenogènesi accidental al Zoo de Chester. Foto de Neil.

Les femelles de les espècies realment partenogèniques produeixen òvuls haploides (amb n cromosomes) que es tornen diploides (2n cromosomes) mitjançant dos cicles de divisió consecutius durant la meiosi (automixis). En les espècies que presenten partenogènesi facultativa, la diploidia s’aconsegueix mitjançant la fusió de l’òvul amb un cos polar haploide que es forma durant la meiosi.

Esquema de la formació dels cossos polars durant la oogènesi, els quals poden ajudar als rèptils partenogènics a recuperar la diploïdia. Esquema de Studentreader.

Partenogènesi autèntica és especialment coneguda en la serp cega de brahmin (Ramphotyphlops brahminus) i en moltes espècies de sargantanes. En aquestes espècies les femelles generen clons d’elles mateixes. Les espècies de sargantanes partenogèniques (igual que en molts amfibis) probablement es van originar per un fenòmen d’hibridació entre dues espècies sexuals. Molts llangardaixos cua de fuet (gèneres Cnemidophorus/Aspidoscelis) presenten espècies unisexuals en que no existeixen mascles, fruit d’un procés d’hibridació.

Exemplar de serp cega de brahmin (Ramphotyphlops braminus), l’únic ofidi unisexual conegut, en el que tots els individus trobats fins ara són femelles. Foto extreta de Kaiser et al. 2011.

L’espècie Cnemidophorus uniparens és una sargantana partenogènica unisexual fruit de l’hibridació entre C. inornatus i C. burti. L’híbrid resultant es va reproduïr de nou amb C. inornatus, formant l’espècie triploide (3n) partenogènica C. uniparens. La presència de genomes triploides, tetraploides, etc. és freqüent en rèptils unisexuals, ja que el seu origen híbrid fa que a vegades els genomes no es puguin barrejar .A més, el tindre més varietat cromosòmica compensa la manca de recombinació genètica.

En aquesta espècie, tot i ser unisexual, també s’observen conductes reproductores semblants a les de les espècies sexuals. En C. uniparens s’han observat conductes sexuals en les que una femella fa de mascle i “monta” a una altra femella, ajuntant les seves cloaques. S’ha vist, que les femelles que són muntades augmenten la quantitat d’ous que produeixen després d’aquesta còpula simulada. Es creu que d’un any a l’altre les femelles fan torns sobre quines munten i quines són muntades, alternant d’un any a l’altre la quantitat d’ous que produeixen.

Tres espècies de llangardaixos cua de fuet. El del mig, Cnemidophorus neomexicanus és una espècie unisexual partenogènica, resultat de l’hibridació de dues espècies bisexuals, C. inornatus (esquerra) i C. tigris (dreta). Foto de Alistair J. Cullum.

Tot i ser espècies partenogèniques autentiques, molts d’aquests escamosos mantenen la capacitat de incorporar ADN nou a la descendència. Això es dèu a que si no hi ha recombinació genètica per la fusió de l’òvul i l’espermatozou de tant en tant, es corre el risc de acumular mutacions perjudicials per a l’espècie. Tanmateix, la partenogènesi permet a aquestes espècies colonitzar ràpidament un nou hábitat, ja que no és necessari que dos individus es trobin per a reproduïr-se, i a més el 100% de la población és capaç de produïr descendència.

Com veieu, hi ha un gran nombre d’animals que no necessiten ni mascles ni sexe per reproduïr-se. La existencia d’un procés similar en els éssers humans és força improbable (per no dir impossible) que pugui passar. A més, si fa uns 2000 anys una dona hagués parit un fill sense fecundació, probablement aquest hagués sigut una nena, ja que de cap manera hagués pogut adquirir el cromosoma Y. Tot i així, això no és motiu per no disfrutar d’aquestes festes. Molt bon Nadal i feliç any nou a tothom!

REFERÈNCIES

Per a la realització d’aquesta entrada s’han utilitzat les següents fonts:

• 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
• Imatge de portada de Pepper M, Doughty P, Fujita MK, Moritz C, Keogh JS.

Regeneració d’extremitats, de l’axolot a l’ésser humà

La regeneració de parts del cos perdudes o danyades en els animals es coneix des de fa bastants segles. El 1740 el naturalista Abraham Trembley va observar a un petit cnidari que podia regenerar el seu cap si li tallaven, per això el va anomenar Hydra, fent referència al monstre de la mitologia grega que podia regenerar els seus múltiples caps si li tallaven. Posteriorment, es va descobrir que hi havíen moltes altres espècies animals amb capacitats regeneratives. En aquesta entrada parlarem sobre aquests animals.

Regeneració al regne animal

La regeneració de parts del cos està molt més extesa entre els diferents grups d’invertebrats que de vertebrats. Aquest procés pot ser bidireccional, en el que els dos troços de l’animal regeneren les parts que els falten per a generar dos animals (com a l’hidra, les planàries, els cucs i les estrelles de mar), o unidireccional, en la que l’animal perd una extremitat però només la regenera sense que es formin dos animals (artròpodes, moluscs i vertebrats). Entre els vertebrats, peixos i amfibis són els que presenten més capacitats regeneratives, tot i que molts llangardaixos i alguns mamífers poden regenerar la cua.

Imatge de Matthew McClements sobre la regeneració bidireccional en planàries, hidres i estrelles de mar. Extret de Wolbert's Principles of Development.

La regeneració es pot donar de dues maneres diferents:

• Regeneració sense proliferació cel·lular activa o “morphalaxis”. En aquest tipus, la part del cos que falta és recreada principalment mitjançant la remodelació de cèl·lules preexistens. Això és el que passa en la Hydra, en la que les parts perdudes es regeneren sense la creació de material nou. Per tant, si es secciona una hidra per la meitat, obtindrem dues versions més petites de la hidra original.

Vídeo d'un experiment on s'ha seccionat una Hydra en diferents trossos. Vídeo de Apnea.

• Regeneració amb proliferació cel·lular o “epimorfosis”. En aquest, la part perduda es regenera mitjançant proliferació cel·luar o sigui, que es crea “de nou”. Aquesta en la majoria de casos es produeix mitjançant la formació d’una estructura especialitzada anomenada blastema, massa de cèl·lules mare sense diferenciar que apareix en fenòmens de regeneració cel·lular.

Quasi tots els grups d’animals amb capacitats regeneratives presenten regeneració amb formació de blastema. Tot i així, l’orígen de les cèl·lules mare del blastema varia segons el grup. Mentre que les planàries presenten cèl·lules mare pluripotents (que poden diferenciar-se a qualsevol tipus cel·lular) repartides per tot el cos, els vertebrats presenten cèl·lules dels teixits on es forma el blastema.

Entre els vertebrats terrestres, les sargantanes i els urodels són els que mostren més habilitats regeneratives. A continuació veurem com ho aconsegueixen i les aplicacions que això té a la medicina actual.

Cues prescindibles

Quan ets un petit animal que està sent perseguit per un gat o un altre depredador, probablement et surti més rentable perdre la teva preciada cua a perdre la vida. Alguns vertebrats terrestres han evolucionat seguint aquesta filosofia, i ells mateixos poden desprendre’s de la seva cua voluntàriament mitjançant un procés anomenat autotomia caudal. Això els permet fugir dels seus depredadors, els quals s’entretenen amb la cua perduda que segueix movent-se.

 Vídeo on es veu com algunes sargantanes com aquest vanzosaure de cua vermella (Vanzosaura rubricauda) tenen cues de colors vius per atraure l'atenció dels depredadors. Vídeo de Jonnytropics.

L’autotomia o autoamputació, es defineix com un comportament en el que l’animal es desprèn d’una o vàries parts del cos. L’autotomia caudal la trobem en moltes espècies de rèptils i en dues espècies de ratolins espinosos del gènere Acomys. Entre els rèptils, trobem autotomia caudal en els lacèrtids, els dragons, els escíncids i les tuatares.

Foto d'un ratolí espinós del Caire (Acomys cahirinus), un mamífer que és capaç de desprendre's de la seva cua i regenerar-la. Foto de Olaf Leillinger.

En els rèptils, la fractura de la cua es dóna en zones concretes de les vèrtebres caudals que estàn debilitades de per sí. L’autotomia es pot donar de dues formes diferents: l’autotomia intravertebral, en la que les vèrtebres del centre de la cua tenen plans de fractura transversals preparats per trencar-se si es presionen suficient, i l’autotomia intervertebral, en la qual la cua es trenca entre les vèrtebres per constricció muscular.

Model tridimensional de els plans de fractura de la cua d'un llangardaix i la regeneració post-autotomia d'un tub cartilaginós. Imatge extreta de Joana D. C. G. de Amorim et al.

L’autotomia caudal permet fugir a l’animal, però li sortirà car. Molts rèptils utilitzen la cua com a reservori de greixos i perdre aquest magatzem d’energia sol ser perjudicial per l’animal. Per això es sap que molts llangardaixos, un cop ha desaparegut l’amenaça, buscan la seva cua perduda i se la mengen, per almenys recuperar l’energia que teníen acumulada en forma de greix. A més, regenerar una cua nova és un procés costós energèticament.

Foto d'una sargantana iberoprovençal (Podarcis liolepis) que ha perdut la cua. Foto de David López Bosch.

La regeneració de la cua dels rèptiles difereix de la d’amfibis i peixos en que no es forma el blastema, i que en lloc de regenerar-se realment les vèrtebres caudals, es forma un tub de cartílag. La nova cua no és tan mòbil i sol ser més curta que l’original, i sol regenerar-se completament al cap d’unes setmanes. La majoria de llangardaixos poden regenerar la cua vàries vegades, però alguns com el vidriol (Anguis fragilis) només poden fer-ho un cop. En ocasions, la cua original no es trenca del tot però s’activen els mecanismes de regeneració, cosa que pot fer que ens poguem trobar alguna sargantana o algún dragó amb més d’una cua.

Detall de la cua d'un dragó comú (Tarentola mauritanica) que ha regenerat la cua sense acabar de perdre la cua original. Foto de Rafael Rodríguez.

Urodels, els reis de la regeneració

De tots els tetràpodes, els amfibis són els que presenten les majors capacitats regeneratives. Durant la fase larvària de la majoria d’espècies, tant la cua com les extremitats (si les presenten) poden ser regenerades si les perden. La comunitat científica creu que això es deu a que en els amfibis el desenvolupament de les extremitats i altres òrgans es retrassen fins al moment de la metamorfosi. Tot i així, les granotes i els gripaus (anurs) només conserven els seus poders regeneratius durant la fase de capgròs, perdent-los al arribar a l’edat adulta.

Capgròs de granota de bosc (Rana sylvatica) que, com en tots els amfibis, posposa el desenvolupament de les extremitats fins al moment de la metamorfosi. Foto de Brian Gratwicke.

En canvi, moltes salamandres i tritons (urodels) conserven els seus poders regeneratius durant tota la vida. Encara que moltes espècies presenten autotomia caudal, a diferència de les sargantanes, els urodels regeneren completament, no només la cua, sinó pràcticament qualsevol teixit corporal perdut. De totes les espècies conegudes, l’axolot (Ambystoma mexicanum), un amfibi neotènic que arriba a l’edat adulta sense patir cap metamorfosi, ha servit com a organisme model per a l’estudi de la formació del blastema que precedeix a la regeneració.

 Vídeo on es parla del axolot, aquest curiós amfibi que està en greu perill d'extinció. Vídeo de Zoomin.TV Animals.

La regeneració que es dóna en les salamandres té fases genèticament similars a les que pateixen la resta de vertebrats al desenvolupar els diferents teixits i òrgans durant el desenvolupament embrionari. En l’axolot (i en la resta d’urodels) la regeneració després de l’amputació d’una extremitat passa per tres fases diferents:

• Curació de la ferida: Durant la primera hora després de l’amputació, cèl·lules epidèrmiques migren a la zona de la ferida. El tancament de la ferida es produeix més o menys a les dues hores i hi intervenen els mateixos mecanismes que en la resta de vertebrats. Tot i així, la regeneració completa de la pell es retrassa fins al final de la regeneració.
• Desdiferenciació: Aquesta segona fase comença a les 24 hores de l’amputació i és quan es forma el blastema. Aquest està format per cèl·lules dels teixits especialitzats de la zona d’amputació que perden les seves característiques (obtenen la capacitat de proliferar i diferenciar-se de nou), i de cèl·lules derivades del teixit connectiu que migren a la zona d’amputació. Quan aquestes cèl·lules de diferent origen s’acumulen i formen el blastema, s’inicia la proliferació cel·lular.
• Remodelació: Per a l’inici de la tercera fase, és imprescindible la formació d’un blastema amb cèl·lules de diversos orígens. Un cop format el blastema de cèl·lules desdiferenciades, la formació de la nova extremitat segueix el mateix patró que en les extremitats de qualsevol vertebrat durant el desenvolupament embrionari (fins i tot hi intervenen els mateixos gens).

Esquema de la formació del blastema en el peix zebra (Danio rerio) un altre organisme model. Imatge de Kyle A. Gurley i Alejandro Sánchez Alvarado.

Recentment s’han trobat fòssils de diversos grups de tetràpodes primitius que presenten rastres de regeneració. S’han trobat proves de regeneració d’extremitats en fòssils de temnospòndils (Apateon, Micromelerpeton i Sclerocephalus) i de lepospòndils (Microbrachis i Hyloplesion). Aquesta àmplia gamma de gèneres de tetràpodes basals que presenten regeneració i el fet de que molts peixos també la presentin, ha portat a molts científics a plantejar-se si els primers grups de tetràpodes primitius presentaven regeneració i aquesta es va perdre en els avantpassats dels amniotes (rèptils, aus i mamífers).

Foto d'un axolot, per LoKiLeCh.

Tot i així, es creu que la informació genètica de formació del blastema podria trobar-se en l’ADN dels amniotes tot i que estaria en estat latent. De les tres fases del procés de regeneració, l’única que és exclusiva dels urodels és la fase de desdiferenciació, ja que la fase de curació és igual a la cicatrització en la resta de vertebrats i la de remodelació és igual a la formació de extremitats durant l’embriogènesi. Actualment s’estan portant a terme multitud d’estudis sobre com reactivar els gens latents que promouen la formació del blastema en altres vertebrats, com per exemple els éssers humans.

Alguns òrgans humans com el ronyó i el fetge ja tenen certa capacitat de regeneració, però gràcies a l’investigació amb cèl·lules mare en animals com les salamandres i les sargantanes, actualment és possible regenerar dits, genitals i parts de la bufeta, el cor i els pulmons. Com hem vist, els diferents animals capaços de regenerar membres seccionats amaguen el secret que podria salvar a milers de persones. Recordem això la pròxima vegada que escoltem que centenars d’espècies d’amfibis i rèptiles es troben en perill per culpa de la mà de l’home.

Referències

Per a l’elaboració d’aquesta entrada s’han utilitzat les següents fonts:

• 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

Paracaigudisme herpetològic: amfibis i rèptils planadors

Actualment els únics rèptils voladors són les aus, descendents directes dels dinosaures teròpodes. Tot i que l’època dels grans rèptils voladors ja ha passat, avui en dia vàries espècies de rèptils i algunes d’amfibis han adquirit l’habilitat de planar per a escapar dels seus depredadors. Planar es defineix com a caure en un angle de menys de 45^o respecte l’horitzontal amb l’ajuda de membranes que creen resistència a l’aire. En aquesta entrada explicaré algunes de les espècies d’herpetos planadors que existeixen al voltant del món avui en dia.

Granotes planadores

Les granotes planadores (també anomenades “granotes voladores”) inclouen espècies dels gèneres Polypedates, Rhacophorus (família Rhacophoridae) i Ecnomiohyla (família Hylidae). Aquests han adquirit caràcters similars per un procés d’evolució convergent.

Foto de Ecnomiohyla rabborum per Brian Gratwicke.

Tant els hílids com el racofòrids són popularment coneguts com granotes d’arbre. Els seus membres s’han especialitzat a una vida arborícola amb llargues potes i dits amb ventoses per a una millor adherència.

 Mascle i femella de falsa granota de Malabar (Rhacophorus pseudomalabaricus) durant l’aparellament. Vídeo de Sandesh Kadur.

A més, els gèneres planadors han adquirit àmplies membranes a les potes i entre els dits per poder planar i  d’aquesta manera, fugir de forma més eficaç dels depredadors.

Granota voladora de Wallace (Rhacophorus nigropalmatus) planant.

Geckos planadors

Entre els membres de la família Gekkonidae existeixen dos gèneres del sud-est asiàtic que han adquirit adaptacions per planar: el gènere Ptychozoon i el gènere Luperosaurus.

Foto d'un gecko volador de Kuhl (Ptychozoon kuhli) per Bernard Dupont.

Els geckos són un grup de llangardaixos que han evolucionat per una vida arborícola que els permet adherir-se pràcticament a qualsevol superfície. Les seves potes presenten diminuts filaments que els permeten desplaçar-se inclús cap per avall.

Detall de la part ventral d'un gecko volador de Kuhl (Ptychozoon kuhli) en el que es poden apreciar les membranes de pell. Foto de Fenchurch.

A més, els gèneres Ptychozoon i Luperosaurus presenten membranes al coll, cos, potes i cua que els ajuden a camuflar-se millor contra la superfície dels arbres i també, planar lleugerament d’arbre a arbre per fugir dels possibles depredadors.

Serps voladores

Parlant de depredadors, les colobres del gènere Chrysopelea també han desenvolupat un mètode eficaç per desplaçar-se pel dosser arbori. Les serps d’aquest gènere són diürnes, s’alimenten de llangardaixos, granotes, ocells i ratpenats, i es troben distribuïdes pel sud-est asiàtic.

Parella de serps voladores del Paradís (Chrysopelea paradisi) en el Zoo de Singapur, per Alan Couch.

A diferencia dels planadors anteriors les serps voladores no tenen membranes per frenar el seu descens sinó que el seu sistema és una mica més complex. Al arribar a l’extrem d’una branca, les serps es deixen caure. Després d’un lleu descens, retrauen els seus òrgans interns apretant-los contra la caixa toràcica i estenen les seves costelles cap als costats, adquirint d’aquesta manera una forma semi còncava, semblant a la d’un avió.

Imatge explicativa del mecanisme de planament de les serps voladores. Imatge de Biomechanics.

Amb aquest mètode i juntament amb moviments serpentins, les serps del gènere Chrysopelea poden controlar amb molta precisió la direcció del seu descens. Aquestes colobres planen d’una manera molt més controlada que molts mamífers planadors com els esquirols voladors i arriben a recórrer una distancia horitzontal de fins a 100 metres.

 Grup de científics estudiant les habilitats voladores d’una serp voladora del Paradís (Chrysopelea paradisi). Vídeo de All of These Videos.

Dragons voladors

Finalment arribem als més espectaculars dels herpetos planadors, els anomenats dragons voladors. Aquests agàmids (família Agamidae) del gènere Draco es troben a les zones tropicals d’Àsia on sobreviuen caçant insectes entre els arbres selvàtics.

Foto d'un dragó volador de cinc línies (Draco quinquefasciatus) de Sarawak, Malàisia. Imatge de Bernard Dupont.

La principal característica dels dragons voladors son les seves costelles, algunes de les quals estan extremadament allargades i presenten membranes de pell entre elles adquirint la funció d’ales. Aquestes “ales” solen estar retretes contra el cos i les poden estirar tant per planar com per enviar senyals visuals a altres membres de la seva espècie (les ales solen tenir colors llampants).

Dibujo del libro On The Genesis of Species del esqueleto de un Draco volans.

Els dragons voladors utilitzen les seves ales per desplaçar-se d’arbre a arbre, caçar, fugir dels depredadors, perseguir als seus congèneres en disputes territorials i durant l’aparellament. A part de les seves ales acolorides, moltes espècies presenten papades acolorides (especialment els mascles) per indicar el seu estat reproductor a altres membres de la seva espècie.

Foto d'un dragó volador liniat de Sulawesi (Draco spilonotus) per A. S. Kono.

El rècord de vol d’aquests agàmids es de 60 metres de distancia amb un descens vertical de només 10 metres. Els dragons voladors són animals petits, molt ràpids i actius, i pocs animals són capaços de capturar-los. A més, són totalment arborícoles, només descendeixen a terra les femelles per pondre els ous sota terra.

 Serp voladora perseguint a un dragó volador. Vídeo de Venomous Animals.

Tal com hem vist, la majoria d’espècies d’amfibis i rèptils planadors viuen en climes tropicals. Això és degut a que són hàbitats amb una cobertura vegetal molt densa i els arbres creixen molt junts, permetent a aquests animals planar d’una arbre a un altre amb facilitat. La major amenaça per aquestes criatures són la desforestació i la pèrdua del seu hàbitat, ja que sense una cobertura arbòria òptima, aquests animals són presa fàcil per a molts depredadors terrestres.

Referències

S’han consultat les següents fonts durant l’elaboració d’aquesta 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

Com afecten la temperatura i l’escalfament global al sexe dels rèptils?

En la majoria d’animals el sexe d’un individu queda determinat en el moment de la fecundació; quan l’òvul i l’espermatozou es fusionen queda fixat si aquell animal serà un mascle o una femella. Tanmateix, en molts grups de rèptils la determinació sexual ve determinada posteriorment durant la incubació, i el factor que la determina és la temperatura a la qual s’incuben els ous. En els rèptils això fa que, l’ambient jugui un paper crucial en determinar la proporció de mascles i femelles que sortiran d’una posta i que per tant, aquests animals siguin molt susceptibles a alteracions en la temperatura causades per exemple, per l’escalfament global.

DETERMINACIÓ SEXUAL: DSG VS DST

En la majoria d’espècies animals, la diferenciació sexual (el desenvolupament de ovaris o testicles) ve determinada genèticament (DSG). En aquests casos, el sexe d’un individu ve determinat per un cromosoma, un gen o un al·lel concret que provocarà la diferenciació cap a un sexe o un altre. Entre els vertebrats, existeixen dos tipus principals de DSG, el sistema XX/XY en mamífers (en que XX és una femella i XY és un mascle) i el ZW/ZZ en aus i alguns peixos (ZW correspon a una femella i ZZ a un mascle).

Exemples de diferents tipus de determinació sexual genètica en vertebrats i invertebrats, per CFCF.

En el cas dels rèptils, existeix una gran varietat de mecanismes de determinació sexual. Alguns presenten models de DSG; moltes serps segueixen el sistema ZW/ZZ i alguns llangardaixos el XX/XY. Tanmateix, en molts grups el sexe de la descendència ve determinat principalment per la temperatura d’incubació de l’ou (DST), fent que l’ambient jugui un paper molt important en la proporció de mascles i femelles que trobem en una població.

El drac barbut de l’est (Pogona barbata) és un exemple de rèptil amb DSG, però al qual també li afecta la temperatura d’incubació. Foto de Trent Townsend.

Tot i així, els mecanismes de determinació sexual genètic i de temperatura no són excloents. Els rèptils amb DST tenen una base genètica per a la diferenciació ovàrica o testicular que ve regulada per la temperatura. Igualment, s’ha observat que en rèptils amb DSG, com ara el drac barbut australià (Pogona barbata), les altes temperatures durant la incubació fan que individus que genèticament són mascles (cromosomes ZZ) es desenvolupin funcionalment com a femelles. Això demostra que en els rèptils, no existeix una divisió estricta entre la DSG i la DST.

TEMPERATURA I SEXE

El període d’incubació durant el qual es determina el sexe d’un individu s’anomena període d’incubació crític i normalment correspon al segon terç del període d’incubació, durant el qual la temperatura s’ha de mantenir constant. Aquest període d’incubació crític sol durar entre 7 i 15 dies, segons l’espècie. Després d’aquest període, el sexe de l’individu normalment no es pot revertir (mecanisme de tot o res).

Cria de dragó de komodo (Varanus komodoensis) eclosionant. Foto de Frank Peters.

La temperatura durant el període d’incubació crític altera la funció de l’aromatasa, hormona que converteix els andrògens (hormones masculinitzadores) en estrògens (hormones feminitzadores). A temperatures que donen mascles, l’activitat de l’aromatasa s’inhibeix, mentre que a temperatures que donen femelles l’activitat de l’aromatasa es manté.

Gràfics de l’activitat de l’aromatasa respecte les hormones gonadals en embrions de tortuga d’estany (Emys orbicularis) a 25oC (mascles) i a 30oC (femelles) durant el període d’incubació crític, tret de Pieau et al. 1999.

La DST la trobem en tots els grups de rèptils excepte en les serps (que segueixen el sistema ZW/ZZ). En llangardaixos i tortugues hi trobem tant determinació sexual genètica com per temperatura, mentre que en les tuatares i els crocodilians el sexe es determina exclusivament per la temperatura. Actualment, es coneixen diferents models de determinació sexual per temperatura.

MODEL I

Aquest model és el més senzill, en el que temperatures d’incubació més altes donen lloc a un sexe i temperatures d’incubació més baixes donen lloc a l’altre. Temperatures intermèdies solen donar individus d’ambdós sexes i, molt rarament, a individus intersexes. Aquest model està dividit en:

• Model Ia DST: en el que ous incubats a temperatures altes donen alts percentatges de femelles i ous a temperatures baixes donen alts percentatges de mascles. Aquest es troba present en moltes espècies de tortugues.

Foto d’una tortuga d’estany (Emys orbicularis), espècie que segueix el model Ia DST; a 25oC o menys d’incubació només neixen mascles, mentre que a 30oC o més només neixen femelles. Foto de Francesco Canu.

• Model Ib DST: on passa el contrari; les altes temperatures donen mascles i les baixes temperatures donen femelles. Aquest es dona en alguns llangardaixos amb DST i les tuatares.

El tuatara (Sphenodon punctatus) és un dels rèptils que segueixen el model Ib DST; la temperatura límit es troba entre 21-22oC, per sobre de la qual naixeran mascles i per sota de la qual naixeran femelles.

MODEL II

Aquest model és una mica més complex que l’anterior. En aquest, els embrions incubats a temperatures extremes (molt altes o molt baixes) es diferenciaran a un sexe, mentre que els que siguin incubats a temperatures intermèdies, es diferenciaran al sexe contrari.

Foto d’al·ligàtors del Mississippí (Alligator mississippiensis) de diferents edats. Aquests rèptils segueixen el model II DST; a uns 34oC neixen mascles, i a temperatures per sobre i per sota, neixen femelles.

Aquest model es dóna en els crocodilians, en algunes tortugues i en molts llangardaixos. Estudis filogenètics recents, indiquen que aquest és el model de DST ancestral dels rèptils. Hi ha qui argumenta, que tots els casos de DST són de model II, però que en la naturalesa mai s’arriba als dos extrems de temperatura, tot i que això encara està per demostrar.

SEXE DETERMINAT PER TEMPERATURA: AVANTATGES I INCONVENIENTS

Avui dia encara no s’entén del tot els avantatges evolutius de la determinació sexual per temperatura. El cas dels rèptils és molt curiós, ja que aus, mamífers i amfibis determinen el sexe genèticament en la majoria de casos, mentre que en els rèptils hi trobem una mica de tot.

Actualment, s’estan realitzant estudis per comprovar si algunes temperatures afavoreixen la salut dels mascles i algunes altres la de les femelles. En un d’aquests estudis, s’observà que les tortugues mossegadores incubades a temperatures intermèdies (que produïen tant mascles com femelles) eren més actives que les incubades a temperatures que donaven un sol sexe, fent que fossin més vulnerables a l’atac de depredadors que es guien visualment. Tot i així, en l’actualitat no hi ha proves suficients que indiquin fins a on es podrien aplicar aquests descobriments. És possible que els rèptils amb DST siguin capaços de manipular el sexe de la seva descendència, alterant la proporció d’hormones sexuals en base a la temperatura del lloc de nidificació.

Posta de tortuga mossegadora (Chelydra serpentina), un queloni americà d’aigua dolça. Foto de Moondigger.

El que és més fàcil de predir són els inconvenients que comporta la DST. Qualsevol canvi que es produeixi en la temperatura de les àrees de nidificació pot afectar negativament a la població d’una espècie determinada. Si es tala un bosc on abans hi havia ombra o es construeixen edificis en una zona prèviament assolellada, canviaran els microclimes de les postes d’ous de qualsevol rèptil que nidifiqui allà.

El canvi global, o canvi climàtic, representa una amenaça addicional per als rèptils amb DST. L’augment de la temperatura mitja del planeta i les fluctuacions de temperatura d’un any a l’altre, afecten al nombre de mascles i femelles que neixen d’algunes espècies de rèptils. Aquest fenomen s’ha observat, per exemple, en les tortugues pintades (Chrysemys picta), en les quals s’ha predit que un augment de 4^oC en la temperatura del seu hàbitat provocaria l’extinció de l’espècie, ja que només naixerien femelles.

Cria de tortuga pintada (Chrysemys picta), espècie en la que temperatures d’incubació d’entre 23-27oC donen mascles i temperatures per sobre o per sota donen femelles (model II). Foto de Cava Zachary.

REFERÈNCIES

Durant l’elaboració d’aquesta entrada s’han utilitzat les següents fonts:

• 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