Arxiu d'etiquetes: evolució

De la medicina tradicional a la medicina personalitzada

Des de la prehistòria, on la medicina va tenir els seus començaments amb plantes, minerals i parts d’animals; fins a dia d’avui, la medicina ha evolucionat a passos de gegant. Gran part de la “culpa” d’aquest fet li devem a la genètica, que ens permet parlar de medicina personalitzada. D’aquest tipus de medicina és del què tracta el següent article.

L’EVOLUCIÓ DE LES MALALTIES

Per parlar de medicina hem de conèixer primer les malalties. Però no podem pensar que totes les malalties són genètiques, sinó que existeixen malalties relacionades amb canvis anatòmics, fruit de la nostra evolució.

El ximpanzè és l’animal actual més proper a nosaltres, els humans, amb el que compartim el 99% del nostre genoma. Malgrat tot, els humans tenim característiques fenotípiques molt particulars com el cervell més desenvolupat, tan a mida com a expansió de l’escorça cerebral; pell que sua sense pèl, postura bípeda i dependència prolongada de les cries, que permet la transmissió de coneixements durant més temps; entre d’altres.

Possiblement, la postura bípeda va ser clau perquè es produís aviat la divergència entre el llinatge del ximpanzé i el d’humans; i també és la raó de l’aparició d’algunes malalties relacionades amb factors anatòmics. Entre ells trobem hèrnies, morenes, varius, desordres de la columna, com hèrnies dels discos intervertebrals; osteoartritis en l’articulació del genoll, prolapse uterí i dificultats en el part.

El fet de que la pelvis es remodelés (Figura 1) i fos més estreta va resultar en problemes obstètrics milions d’anys després, quan el cervell es va expandir i, per conseqüència, el crani també. Els caps dels fetus eren més llargs i gran, cosa que produïa dificultats en el part. Això explica perquè els parts dels humans són és llargs i prolongats en comparació amb el dels ximpanzés i altres animals.

19
Figura 1. Comparació de la pelvis en humans i ximpanzès en postura bípeda (Font: Libros maravillosos – La especie elegida (capítulo 5))

L’evolució cap a la vida moderna ens ha comportat molts canvis en tots els sentits. En comparació amb els nostres avantpassats caçadors i recol·lectors (Figura 2), la nostra dieta ha canviat molt i no té res a veure amb el que mengen la resta de primats. Per aquests últims, la fruita representa la majoria de la ingesta, però per nosaltres ho és la carn vermella. A més, som els únics animals que seguim alimentant-nos de llet passat el període de lactància.

cazadores y recolectores
Figura 2. Imatge d’humans caçadors i recol·lectors (Font: Río Verde en la historia)

Si al canvi en la dieta li afegim el sedentarisme i la poca activitat física dels humans moderns, pot ajudar a explicar la gravetat i la freqüència d’algunes malalties humanes modernes.

L’estil de vida també pot produir-nos afectacions. Per exemple la miopia, que la seva taxa és major en individus occidentals que llegeixen molt o fan activitats de visió de prop, en comparació amb individus de pobles aborígens.

Un altre exemple clar és l’alteració en l’etapa reproductiva femenina. Actualment les dones tenen fills cada vegada més tard. Això també va lligat a una disminució de la duració de la lactància materna. Aquests canvis, que socialment es poden considerar positius, tenen efectes negatius sobre la salut dels òrgans reproductius. Està demostrat que la combinació de menarquia precoç, la lactància limitada o inexistent i una menopausa més tardana són els principals factors de risc pel càncer de mama i ovari.

Els éssers humans cada vegada vivim més anys i volem la millor qualitat de vida. És fàcil que a major longevitat apareguin més malalties, pel deteriorament de l’organisme i de les seves cèl·lules.

L’EVOLUCIÓ DE LA MEDICINA

La història de la medicina és la història de la lluita dels homes contra les malalties i, des de començaments d’aquest segle, també és la història de l’esforç humà per mantenir la salut.

Els coneixements científics de la medicina els hem adquirit basant-nos en l’observació i en l’experiència, però no sempre ha sigut així. Els nostres avantpassats van experimentar les malalties i la por a la mort abans de poder-se fer una imatge racional d’elles, i la medicina de llavors es trobava immersa en un sistema de creences, mites i rituals.

Però en els últims anys ha nascut la genòmica personalitzada, que et diu els teus factors de risc. Això obre una porta a la medicina personalitzada, que ajusta els tractaments als pacients depenent del seu genoma (Figura 3). Utilitza la informació dels gens i proteïnes d’una persona per prevenir, diagnosticar i tractar una malaltia, i tot gràcies a la seqüenciació del genoma humà.

PGX_BROCHURE
Figura 3. La medicina personalitzada pretèn tractar a les persones individualment, segons el seu genoma (Font: Indiana Institute of Personalized Medicine)

Els mètodes moleculars que fan possible la medicina de precisió, inclouen proves de variació de gens, proteïnes i nous tractaments dirigits a mecanismes moleculars. Amb els resultats d’aquests proves i tractaments es pot determinar l’estat de la malaltia, predir l’estat futur d’aquesta mateixa, la resposta al medicament i el tractament o, inclús, el paper dels aliments que ingerim en determinats moments, el que resulta de gran ajuda als metges a individualitzar el tractament de cada pacient.

Per això tenim al nostre abast la nutrigenètica i la nutrigenòmica, que a l’igual que la farmacogenètica i la farmacogenòmica, ajuden a l’avenç d’una medicina cada vegada més dirigida. Per tant, aquestes disciplines són avui en dia un dels pilars de la medicina personalitzada, ja que suposa tractar cada pacient de forma individualitzada i a mida.

L’evolució cap a la medicina de precisió és personalitzada, preventiva, predictiva i participativa. Cada vegada hi ha més accés a la informació i el pacient és més proactiu, avançant-se als problemes, prevenint-los i estant preparats per enfrontar-los eficientment.

REFERÈNCIES

  • Varki, A. Nothing in medicine makes sense, except in the light of evolution. J Mol Med (2012) 90:481–494
  • Nesse, R. and Williams, C. Evolution and the origins of disease. Sci Am. (1998) 279(5):86-93
  • Mackenbach, J. The origins of human disease: a short story on “where diseases come from”. J Epidemiol Community Health. (2006) 60(1): 81–86
  • Foto portada: Todos Somos Uno

MireiaRamos-catala

Podant l’arbre evolutiu dels dinosaures

Durant més de 130 anys els dinosaures han estat classificats en dos ordres separats, els saurisquis i els ornitisquis. Però com sempre passa en les ciències biològiques, tota teoria és certa fins que es demostra el contrari. Un nou estudi ha posat en entredit la classificació clàssica dels dinosaures, eliminant i redistribuïnt alguns dels diferents grups de dinosaures. Tot i que aquesta nova hipòtesis no és segura al 100%, en aquesta entrada us explicarem en què consisteix aquesta reordenació dels dinosaures.

CLASSIFICACIÓ TRADICIONAL DELS DINOSAURES

Des del segle XIX, els dinosaures s’han dividit en dos grans ordres basats en la estructura de la seva pelvis. L’ordre Saurischia (pelvis de llangardaix) inclou als teròpodes (dinosaures carnívors i ocells actuals) i als sauropodomorfs (grans herbívors de coll llarg); l’ordre Ornithischia (pelvis d’ocell) inclou als ornitòpodes (dinosaures herbívors i amb bec d’ànec), als marginocèfals (dinosaures amb banyes i estructures cranials endurides) i als tireòfors (dinosaures cuirassats).

732px-Evolution_of_dinosaurs_by_Zureks.svg-min
Arbre evolutiu tradicional dels dinosaures per Zureks, amb els dos tipus de pelvis dinosauries a baix.

Tanmateix, aquesta classificació no té l’última paraula. La paleontologia és una ciència extremadament volàtil, ja que amb cada nou descobriment es pot desmuntar tot el que es sabia fins al moment, encara que es tracti d’una hipòtesi centenària. Això és el que ha passat amb els dinosaures recentment.

L’INICI D’UNA NOVA HIPÒTESI

Un nou estudi publicat el març del 2017, ha fet replantejar la classificació tradicional del dinosaures. Molts estudis anteriors assumien com a certa la classificació en Saurischia/Ornithischia tradicional i per tant, els caràcters i els taxons utilitzats ja anaven enfocats en aquesta classificació. En canvi, aquest nou estudi ha estat pioner en varis aspectes:

  • Inclou un gran nombre d’espècies i taxons (molts més que en investigacions anteriors).
  • Estudis anteriors donaven molt més ènfasi en dinosaures teròpodes i sauropodomorfs (saurisquis tradicionals) basals, ja que van ser dels primers grups en diversificar-se, incloent pocs ornitisquis basals.
  • També s’hi han inclòs molts arcosaures dinosauromorfs (taxons no dinosaures).
  • Estudis anteriors havien assumit que molts caràcters dels ornitisquis eren simplesiomòrfics (caràcters ancestrals de tots els dinosaures) i només es centraven en poques sinapomorfies (caràcters compartits per un grup monofilètic).

Aquest estudi s’ha desprès de moltes de les presuposicions anteriors sobre filogènia dinosauria i ha analitzat un gran nombre de espècies i multitud de caràcters no inclosos en investigacions anteriors. Això ha fet que l’arbre evolutiu resultant fos molt diferent dels que s’havien obtingut fins llavors.

RECONSTRUÏNT L’ARBRE

Llavors, com queda l’arbre evolutiu dels dinosaures segons aquesta hipòtesi? Doncs el tema és una mica complicat, tot i que els diferents taxons segueixen quedant dividits en dos ordres:

  • L’ordre Saurischia que, segons l’estudi, només inclou als sauropodomorfs i als herrerasàurids (grup de saurisquis carnívors no teròpodes).
  • El nou ordre Ornithoscelida (potes d’ocell) que inclou als ornitisquis tradicionals i als teròpodes, que deixen de ser saurisquis.

Tenint això en ment, vegem doncs les característiques que defineixen aquests dos grups.

Saurisquis

L’ordre Saurischia es manté pràcticament igual, excepte que els teròpodes es queden fora del grup. Aquest ordre presenta la pelvis d’estructura saurisquia original, com també la presentaven els avantpassats dels dinosaures. Segons la nova hipòtesi, dins dels saurisquis s’hi inclouen els herrerasàurids i els sauropodomorfs.

Els herrerasàurids (família Herrerasauridae) van ser un petit grup de saurisquis basals que van evolucionar cap a una dieta carnívora. Per això durant un temps es pensava que eren el grup germà dels teròpodes, però després es va veure que el seu lloc es trobava entre els primers saurisquis. Tot i estar força especialitzats, probablement la competència amb altres depredadors va fer que no duressin molt de temps, apareixent a mitjans del Triàssic i extingint-se al finals d’aquest període.

229366767_309c6f9d6e_b-min
Foto de Brian Smith d’un esquelet i un model de Herrerasaurus del Field Museum of Natural History de Chicago.

Els herrerasàurids ocupaven un nínxol ecològic similar al dels teròpodes. La nova hipòtesi implica doncs que la hipercanivoria (alimentació exclusivament de carn) va evolucionar independentment dos cops en els dinosaures, cosa que fa que alguns paleontòlegs la posin en dubte. Tanmateix, l’anatomia dels herrerasàurids i dels teròpodes diferia en certs aspectes, com la anatomia de les mans (més generalista en els herrerasàurids) i la estructura de la mandíbula.

Els primers sauropodomorfs eren animals bípedes igual que els herrerasàurids, tot i que aquests eren animals omnívors. Tanmateix, els sauropodomorfs acabarien convertint-se en enormes quadrúpedes herbívors amb colls llarguíssims característics.

thecodontosaurus-antiquus-skeleton1-min
Esquelet de Thecodontosaurus (per Qilong), un sauropodomorf basal i una reconstrucció de Plateosaurus (per Walters, Senter & Robins) un de més avançat. Tot i que en aquesta imatge no s’aprecia, al llarg de la seva evolució, els sauropodomorfs augmentarien molt la seva mida (Thecodontosaurus 2 metres, Plateosaurus fins a 10 metres).

Ornitoscèlids

El nou ordre de dinosaures és Ornithoscelida, que agrupa els teròpodes amb els ornitisquis. Aquest taxó està recolzada per més de vint sinapomorfies (caràcters derivats compartits per un clade) esquelètiques, presents tant en teròpodes com en ornitisquis basals. Algunes d’aquestes característiques inclouen la presència d’una separació entre les dents premaxil·lars i maxil·lars (diastema) i la fusió dels extrems de la tíbia i la fíbula en un tibiotars (tot i que aquests caràcters només es troben en les espècies més basals).

ornithoscelida-min
Esquema de Baron et al. (2017) dels cranis de dos ornitoscèlids basals, Eoraptor (un teròpode, superior) i Heterodontosaurus (un ornitisqui, inferior).

Tant els teròpodes com els primers ornitisquis eren animals bípedes. A més, la presència de dents heterodontes en els membres ancestrals d’ambdós grups fa pensar que els primers ornitoscèlids eren omnívors, els quals després s’especialitzarien en alimentar-se de carn i de vegetació (teròpodes i ornitisquis respectivament).

Daemonosaurus-face-min
Reconstrucció de la cara de Daemonosaurus, un dels primers teròpodes, per DeadMonkey8984.

Una curiositat de la nova classificació és que acceptant a Ornithoscelida com un taxó vàlid, s’agrupen a tots els dinosaures amb plomes en un sol grup. Per tots és sabut que molts teròpodes presentaven plomes (ja que eren els avantpassats dels ocells) però, el que molta gent desconeix és que la presència de plomes també s’ha demostrat en alguns ornitisquis basals i en altres més avançats.

Kulindadromeus_by_Tom_Parker-min
Reconstrucció per Tom Parker de Kulindadromeus, un ornitisqui del qual s’han trobat proves que presentava plomes a gran part del cos.

SEGUIR INVESTIGANT

I llavors, és definitiva aquesta hipòtesi? Doncs no, per descomptat. Tot i que resulta força atractiu dir que s’ha canviat la història natural dels dinosaures per sempre, no podem dir que a partir d’ara els dinosaures es classifiquin d’aquesta manera.

new evolution-min
Arbre evolutiu dels dinosaures segons Baron et al. (2017), on veiem els diferents clades; Dinosauria (A), Saurischia (B) i Ornithoscelida (C).

Encara que aquest estudi mostri resultats interessants sobre l’origen dels dinosaures, no es poden ignorar els centenars d’estudis anteriors que s’han fet sobre aquest grup d’animals. Haurem d’estar atents a nous articles que poc a poc vagin desvelant més informació sobre les relacions entre aquests rèptils mesozoics. I és que això és el més estimulant de la biologia, que no hi ha res segur! I que amb noves tècniques d’estudi i nous descobriments, poc a poc aprenem més sobre el món que ens envolta.

Mantingueu la ment oberta i seguiu investigant!

REFERÈNCIES

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

difusio-catala

Plantes hiperacumuladores de metalls pesants

Durant milions d’anys l’evolució ha portat a les plantes a desenvolupar diferents estratègies per defensar-se contra els enemics naturals, donant lloc a una lluita d’armament evolutiva en la qual la supervivència d’uns i altres depèn de l’habilitat per fer front a les adaptacions dels altres. I és en aquest escenari on la acumulació de metalls pesants a alts nivells en les plantes juga un paper molt important.

 INTRODUCCIÓ

Segons Boyd (2012), la defensa de les plantes pot tractar-se sota diferents punts de vista:

  • mecànica: espines, cobertures rígides, etc.
  • química: diferents compostos inorgànics i orgànics.
  • visual: cripsis i mimetisme.
  • comportament: relacionat amb modificacions en la fenologia.
  • i associativa: simbiosis amb altres organismes, com és el cas del gènere Cecropia que estableix simbiosi amb les formigues del gènere Azteca, les qual protegeixen aquestes plantes – per saber-ne més: Plantes i animals també poden viure en matrimoni – .
espinas-karyn-christner-flickr
Defensa mecànica amb espines (Autor: Karyn Christner, Flickr, CC).

S’ha vist que la defensa química és ubiqua, i, per tant, moltes interaccions entre organismes s’explicarien sota aquest punt de vista. A més a més, algunes plantes contenen grans quantitats de certs elements químics, freqüentment metalls o components metàl·lics, que juguen un paper defensiu important, són les anomenades plantes hiperacumuladores.

Plantes hiperacumuladores i les seves característiques principals

Aquestes plantes pertanyen a diferents famílies, per tant la hiperacumulació és una adquisicuió independentment que ha sorgit distintes vegades durant l’evolució, però que en tots els casos genera l’habilitat per créixer en sòls metal·lífers i acumular altes quantitats extraordinàries de metalls pesants en els òrgans aeris, a diferència dels nivells trobats en la majoria d’espècies. Se sap que les concentracions d’aquests elements químics pot ser entre 100 – 1000 vegades majors que les presents en espècies no hiperacumuladores.

Generalment la química defineix els metalls pesants com aquells metalls de transició amb una massa atòmica superior a 20 i una densitat relativa al voltant de 5.  Però, sota un punt de vista biològic, els metalls pesants són aquells metalls o metal·loides que poden ser tòxics en baixes concentracions. Tot i així, les plantes hiperacumuladores aconsegueixen ser tolerants, hiperacumulen aquests metalls pesants sense patir efectes fitotòxics (toxicitat expressada en la planta).

En aquest sentit, hi ha tres característiques principals que defineixen les plantes hiperacumuladores:

  • Fort augment de la taxa d’absorció de metalls pesants.
  • Arrels que duen a terme la translocació més ràpidament.
  • Gran habilitat per detoxificar i segrestar metalls pesants a les fulles.

Per tant, les plantes hiperacumuladores estan ben preparades per a l’assimilació, translocació a fulles i segrest de grans quantitats de metalls pesants en vacuoles o parets cel·lulars. En part, això és degut a una sobrexpressió constitutiva dels gens que codifiquen per a transportadors en membrana.

Els valors llindars que permeten distingir una planta hiperacumuladora d’una altra que no ho és estan relacionats amb la fitotoxicitat especifica de cada metall pesant. Segons aquest criteri, les plantes hiperacumuladores són plantes que quan creixen en sòls naturals acumulen en les parts aèries (en grams de pes sec):

  • > 10 mg·g-1 (1%) de Mn o Zn,
  • > 1 mg·g-1 (0,1%) de As, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sb, Se o Ti
  • ó > 0,1 mg·g-1 (0,01%) de Cd.
minuartia-verna-cu-candiru-flickr
Minuartia verna, hiperacumuladora de coure (Autor: Candiru, Flickr, CC).

L’APARICIÓ DE PLANTES HIPERACUMULADORES I LES SEVES IMPLICACIONS

Fins al moment s’ha plantejat diferents hipòtesis per explicar per què certes plantes han esdevingut hiperacumuladores de metalls pesants:

  • Tolerància i disposició de metalls.
  • Resistència a la sequera.
  • Interferència amb les plantes veïnes.
  • Defensa contra els enemics naturals.

La hipòtesis que rep més suport és l’anomenada “Elemental defence” (defensa per elements), que indica que certs metalls pesants poden tenir un rol defensiu en la planta contra els enemics naturals, com els herbívors i els patògens. Aquests organismes al consumir la planta presentarien efectes tòxics, els quals els portarien a la mort o a la reducció del consum d’aquesta planta en un futur. Tot i això, encara que els metalls pesants poden actuar a través de la seva toxicitat, això no garanteix que la planta no sigui danyada o atacada abans que l’enemic natural sigui afectat per aquests. En aquest sentit segueix essent necessari una defensa més efectiva que permeti evitar l’atac.

D’altra banda, d’acord amb una hipòtesi més moderna, “Joint effects” (efectes conjunts), els metalls pesants poden actuar juntament amb els compostos orgànics de defensa donant lloc a una major defensa global. Els avantatges dels elements inorgànics, incloent aquí als metalls pesants, és que no són sintetitzats per la planta, s’absorbeixen del sòl directament i per tant no hi ha tanta despesa energètica invertida en la defensa, i a més no poden ser biodegradats. Tot i així, alguns enemics especialistes poden quelar els metalls pesants, gracies als quelat (substàncies que s’uneixen a aquests metalls pesants per a reduir la seva toxicitat) o segrestar-los dins d’òrgans d’acumulació on es reduiria la seva activitat. Aquesta nova hipòtesi justificaria la presència simultània de diferents metalls pesants i compostos orgànics de defensa en la mateixa planta, amb la finalitat d’aconseguir una defensa major que afecti a més enemics naturals, els quals s’esperaria que no fossin capaços de tolerar els diferents elements tòxics.

Thlaspi caerulescens - Zn - Randi Hausken, Flickr.jpg
Thlaspi caerulescens, hiperacumuladora de zinc (Autor: Randi Hausken, Flickr, CC).

D’altra banda, s’ha vist que certs herbívors tenen habilitats per evitar alimentar-se de plantes amb alts nivells de metalls pesants fent el que s’anomena “taste for metals” (“tasta dels metalls”). Tot i saber que això succeeix, encara no es coneix el mecanisme exacte de tot aquest procés d’alerta i evitament.

Solanum nigrum - Cd- John Tann, Flickr.jpg
Solanum nigrum, hiperacumuladora de cadmi (Autor: John Tann, Flickr, CC).

A més a més, tot i les elevades concentracions de metalls pesants que assumeixen aquestes plantes, alguns herbívors aconsegueixen sobrepassar aquesta defensa essent tolerants, és a dir, la seva dieta permet ingerir altes dosis de metalls i per tant alimentar-se de la planta. Això porta a pensar que certs herbívors podrien esdevenir especialistes en alimentar-se d’aquestes plantes, i que, per tant, aquest tipus de defensa quedaria reduït als organismes amb dietes variades, els anomenats generalistes. Tot i així, s’ha vist que algunes vegades els herbívors generalistes presenten una preferència i tolerància superior per les plantes hiperacumuladores que no pas els especialistes.

Per tots aquests motius es pot dir que l’evolució continua jugant un paper molt important en aquesta lluita d’armaments.

Difusió-català

REFERÈNCIES

  • Boyd, R., Davis, M.A., Wall, M.A. & Balkwill K. (2002). Nickel defends the South African hyperaccumulator Senecio coronatus (Asteraceae) against Helix aspersa (Mollusca: Pulmonidae). Chemoecology 12, p. 91–97.
  • Boyd, R. (2007). The defense hypothesis of elemental hyperaccumulation: status, challenges and new directions. Plant soil 293, p. 153-176.
  • Boyd, R. (2012). Elemental Defenses of Plants by Metals. Nature Education Knowledge 3 (10), p. 57.
  • Laskowski, R. & Hopkin, S.P. (1996). Effect of Zn, Cu, Pb and Cd on Fitness in Snails (Helix aspersa). Ecotoxicology and environmentak safety 34, p. 59-69.
  • Marschner, P. (2012). Mineral Nutrition of Higher Plants (3). Chennai: Academic Press.
  • Noret, N., Meerts, P., Tolrà, R., Poschenrieder, C., Barceló, J. & Escarre, J. (2005). Palatability of Thlaspi caerulescens for snails: influence of zinc and glucosinolates. New Phytologist 165, p. 763-772.
  • Prasad, A.K.V.S.K. & Saradhi P.P. (1994).Effect of zinc on free radicals and proline in Brassica and Cajanus. Phytochemistry 39, p. 45-47.
  • Rascio, N. & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting?. Plant Science 180 (2),p. 169-181.
  • Shiojiri, K., Takabayashi, J., Yano, S. & Takafuji, A. (2000) Herbivore-species-specific interactions between crucifer plants and parasitic wasps (Hymenoptera: Braconidae) that are mediated by infochemicals present in areas damaged by herbivores. Applied Entomology and Zoology 35, p. 519–524.
  • Solanki, R. & Dhankhar, R. (2011). Biochemical changes and adaptive strategies of plants under heavy metal stress. Biologia 66 (2), p. 195-204.
  • Verbruggen, N., Hermans, C. & Schat, H. (2009). Molecular mechanisms of metal hyperaccumulation in plants. New Phytologist 181 (4), p. 759–776.
  • Wenzel, W.W. & Jockwer F. (1999). Accumulation of heavy metals in plants grown on mineralised soils of the Austrian Alps. Environmental pollution 104, p. 145-155.

Les illes com a laboratori de l’evolució

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

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

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

MECANISMES EVOLUTIUS QUE ACTUEN EN ILLES

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

  1. Especiació vicariant: quan dues poblacions de la mateixa espècie són separades en el nostre cas per separació d’un tros de terra del continent. Un exemple d’aquest cas és l’illa de Madagascar, que quan es va separar del continent africà va deixar la biota de l’illa desconnectada de la del continent pel mar.
  1. Especiació peripàtrica: quan una petita població d’una espècie es separa de la població original per l’aparició d’una barrera geogràfica. És el cas de la colonització d’una terra verge com són les illes oceàniques. En aquest cas, els individus que colonitzen el nou ambient poden no representar l’espècie ancestral i amb el pas del temps i l’aïllament reproductiu, originar-se una espècie nova pel que s’anomena efecte fundador.

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

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

surtsey_eruption_1963_wikimedia
Illa de Suerty en erupció, al Sud d’Islàndia. Font: Wikimedia

ADAPTACIONS EN ILLES: GIGANTISME I LLENYOSITAT

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

galapagos_geochelone_nigra_porteri_wikipedia
Tortuga gegant de les Galàpagos. Font: Wikipedia.

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

gran-canaria-gallotia-stehlini_flickr_el-coleccionista-de-instantes-fotografia-video
Gallotia stehlini de Gran Canaria. Font: El coleccionista de instantes Fotografía & Vídeo via Flickr.

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

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

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

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

Laia-català

REFERÈNCIES

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

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

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

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

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

Evolució de la closca amb només quatre tortugues fòssils

Les tortugues són animals simpàtics que, tot i que resulten adorables per a la majoria de gent, porten de cap als paleontòlegs des de fa molt de temps. La combinació de característiques considerades primitives amb una anatomia especialment derivada, ha fet que l’origen i evolució d’aquests rèptils hagin sigut quasi impossibles de reconstruir. En aquesta entrada intentarem fer-nos una idea sobre com es va desenvolupar una de les principals característiques de les tortugues (la closca) amb només quatre exemples de “tortugues” primitives.

PARENTS ACTUALS I EXTINGITS

Com ja vam explicar en una entrada anterior, l’origen dels testudinis encara és tema de debat dins la comunitat científica. Les tortugues presenten algunes característiques anatòmiques úniques entre els vertebrats actuals que fan que es pugui confondre el seu origen filogenètic. Una de les característiques que més ha confós als paleontòlegs és el seu crani.

caretta_carettazz-min
Crani de tortuga careta (Caretta caretta) en el que podem veure la manca d’obertures temporals. Foto de David Stang.

Mentre que la resta de rèptils són diàpsids (presenten dues obertures temporals a cada costat del crani), les tortugues presenten un crani típicament anàpsid (sense cap obertura temporal). Tot i així, estudis genòmics recents han demostrat que molt probablement els testudinis (ordre Testudines, les tortugues actuals) descendeixen d’un avantpassat amb un crani i que al llarg de la seva evolució van revertir a la forma anàpsida primitiva. El que no està tant clar és si les tortugues estan més emparentades amb els lepidosaures (llangardaixos, serps i tuàtares) o amb els arcosaures (cocodrils i aus). La hipòtesi més acceptada és la segona.

Tot i que els origens dels testudinis encara són una mica misteriosos, la majoria de paleontòlegs coincideixen en que aquests es troben dins del clade Pantestudines, el qual agrupa a totes aquelles espècies més emparentades amb les tortugues que amb qualsevol altre animal. Un grup de rèptils que també es troben dins dels pantestudins són els sauropterigis com els plesiosaures i els placodonts.

plesiosaurus_3db-min
Reconstrucció de Dmitry Bogdanov del sauropterigi Plesiosaurus, un parent llunyà de les tortugues.

EVOLUCIÓ DELS TESTUDINIS

La resta de pantestudins ens ajuden a formar una imatge de com les tortugues van adquirir una anatomia tant especialitzada. Però primer, mirem algunes de les característiques de les tortugues:

  • Una closca formada per dues parts: la meitat dorsal (espàldar) que prové de la fusió de les vèrtebres i les costelles dorsals i la meitat ventral (plastró) que prové de unes costelles ventrals anomenades “gastralia” (presents en alguns rèptils actuals).
  • Mentre que la resta de vertebrats presentem l’escàpula per sobre les costelles, les costelles de les tortugues (la seva closca) es troben cobrint l’escàpula.
  • La habilitat d’amagar el cap i les potes dins la closca.
  • La absència de dents; en canvi presenten becs còrnis.

Com veurem, la adquisició d’aquestes característiques es va donar molt gradualment.

8374089715_ed63b95c7d_o-min
Espàldar d’una tortuga morta, on veiem com les costelles es fusionen amb les vèrtebres per a formar la closca. Foto de Fritz Flohr Reynolds.

Tot i que encara no està clar la seva relació exacta amb les tortugues, Eunotosaurus africanus és el candidat a parent de les tortugues més antic. El Eunotosaurus era un animal fossorial que visqué fa 260 milions d’anys a Sudàfrica. Aquest animal tenia unes costelles dorsals molt amples i en contacte amb elles, cosa que es creu que servia de punt d’anclatge per als potents músculs de les potes davanteres, utilitzats mentre excavava. A més, de forma semblant a les tortugues actuals, Eunotosaurus havia perdut els músculs intercostals i presentava una reorganització de la musculatura respiratòria.

eunotosaurus-min
Fòssil de Eunotosaurus, on s’aprecien les costelles amples característiques. Foto de Flowcomm.

El parent indiscutible més antic de les tortugues és Pappochelys rosinae d’Alemanya (fa 240 milions d’anys). El nom “Pappochelys” vol dir literalment “tortuga avi”, ja que abans del descobriment de Eunotosaurus era el parent més antic d’aquestes. Igual que Eunotosaurus, presentava les costelles dorsals amples i en contacte entre elles. A més, les seves costelles ventrals ja eren més amples i gruixudes i la seva cintura escapular es situava sota les costelles dorsals.

pappo_skelett
Dibuix de Rainer Schoch de l’esquelet de Pappochelys on es poden veure algunes de les seves característiques. Es creu que Pappochelys era un animal semiaquàtic que nedava impulsat per la seva llarga cua.

El següent pas en l’evolució de les tortugues el trobem fa 220 milions d’anys, a la segona meitat del Triàssic de Xina. El seu nom és Odontochelys semitestacea, cosa que vol dir “tortuga dentada amb mitja closca”. Aquest nom es dèu al fet que, a diferència de les tortugues autèntiques, Odontochelys tenia una boca amb dents i només presentava la part ventral de la closca, el plastró. Tot i que també tenia les costelles dorsals amples, només s’han trobat proves de la presència de plastró. Odontochelys va ser descobert en dipòsits d’aigua dolça, de manera que sembla plausible que desenvolupés primer un plastró per protegir-se de depredadors que l’ataquéssin de sota.

odontochelys_bw-min
Reconstrucció de Nobu Tamura d’Odontochelys semitestacea. El fet de que només presentés mitja closca fa que no se’l consideri una tortuga autèntica.

El primer conegut testudini amb una closca completa és Proganochelys quenstedti del Triàssic, fa 210 milions d’anys. Aquest ja presentava moltes de les característiques de les tortugues actuals: la closca estava completament formada, amb espàldar i plastró, el seu crani era de configuració anàpsida i no presentava dents. No obstant això, Proganochelys no era capaç d’amagar el cap i les potes dins de la closca (tot i que això potser es devia a les banyes que presentava). A més, presentava dues peces de la closca extra als costats d’aquesta, que probablement servien per protegir les potes.

proganochelys_model-min
Reconstrucció de Proganochelys del Museum am Lowentor de Stuttgart. Foto de Ghedoghedo.

TORTUGUES D’AVUI EN DIA

L’ordre dels Testudines tal i com els coneixem avui, va aparèixer fa uns 190 milions d’anys, durant el Juràssic. Aquestes tortugues actuals es classifiquen en dos subordres diferents, els quals es van separar molt ràpidament al principi de l’evolució dels testudinis:

Subordre Pleurodira: Aquest subordre és el més petit ja que només conté tres famílies actuals, totes natives de l’hemisferi sud. La principal característica és la forma en que amaguen el cap lateralment a dins la closca, cosa que fa que part del coll quedi exposat i que les vèrtebres cervicals tinguin una forma característica (Pleurodira vol dir aproximadament, “coll de costat”). A més, els pleurodirs presenten 13 escuts al plastró.

chelodina_longicollis_1-min
Foto d’Ian Sutton d’una tortuga de coll de serp australiana (Chelodina longicollis), un pleurodir típic.

Subordre Cryptodira: Els criptodirs comprenen a la gran majoria de tortugues. Mentre que els pleurodirs només presenten espècies d’aigua dolça (com es creu que era l’avantpassat comú dels testudinis), els criptodirs inclouen espècies aquàtiques, però també terrestres i marines. Apart de presentar només entre 11 i 12 escuts als plastró, la seva característica principal és la capacitat de retraure el coll i per tant amagar el cap completament dins la closca (Criptodira vol dir aproximadament, “coll amagat”). Els criptodirs es troben pràcticament a tots els continents i a tots els oceans (excepte en els hàbitats més freds).

alabama_red-bellied_turtle_us_fws_cropped-min
Tortuga de ventre vermell d’Alabama (Pseudemys alabamensis), de la U.S. Fish and Wildlife Service. En aquesta foto veiem com amaguen el cap els criptodirs.

Tot i que encara queden preguntes per respondre sobre l’evolució de les tortugues, esperem que amb aquesta petita introducció a algunes de les “tortugues” fòssils més característiques us hàgiu fet una idea de com les tortugues van aconseguir la closca. Siguin quins siguin els seus orígens, esperem que l’aparició de l’home no sigui el que posi fi a la història d’aquest grup d’animals lent però constant.

REFERÈNCIES

Durant l’elaboració d’aquesta entrada s’han consultat les següent fonts:

difusio-catala

L’espai vital dels éssers vius

Tots tenim el nostre propi espai vital, aquell lloc en el qual ens sentim a gust, com si estiguéssim a casa. També tenim les nostres rutines, costums i tot aquest elenc de preferències que ens fan únics. Cada un de nosaltres tenim, en definitiva, el nostre propi nínxol ecològic, un concepte extensiu a cadascuna de les espècies que comparteixen la Terra amb nosaltres. D’ell deriven processos ecològics com la competència o l’especiació, fenòmens clau per entendre l’acoblament i la dinàmica dels ecosistemes naturals.

INTRODUCCIÓ

Quan a un li pregunten com descriuria a una persona estimada, el primer que ens ve al cap és la seva manera de ser quan estàs allà amb ella i allò que adora fer. Sabem què és el primer que sempre demana en un restaurant, allò que li treu de polleguera, quins llocs li agrada freqüentar, què li agrada fer quan té temps lliure i fins i tot com es comporta quan li agrada algú. Si a més hem conviscut amb ells, podríem encertar gairebé amb precisió suïssa la seva rutina diària, des que s’aixeca fins que se’n va a dormir. Encara que evidentment no ens comportem sempre igual, hi ha multitud de trets, manies i rutines que ens caracteritzen i diferencien. Cada un de nosaltres tenim la nostra zona de confort, els nostres hobbies, preferències alimentàries i persones amb les que adorem passar el nostre temps lliure.

7852026050_3fd72271f8_b
Les preferències alimentàries de cada un, així com les seves rutines i hobbies, serveixen de comparació per exemplificar la diversitat de nínxols ecològics en el regne natural. Font: Flickr, George Redgrave.

EL NÍNXOL ECOLÒGIC D’UNA ESPÈCIE

Aquest “espai vital” que cada un tenim i amb el que ens sentim identificat, és igualment equiparable al nínxol ecològic dels éssers vius. El nínxol ecològic d’una espècie és un concepte que sempre se’ns ha estat presentat com la “ocupació”, “professió” o “treball” que realitza un ésser viu en el lloc on viu (Viquipèdia o Conicet), però que va molt més enllà d’això. Hutchinson (1957) el va definir com: “L’hipervolum d’n dimensions dins del qual l’espècie pot mantenir una població viable”. Malgrat la possible confusió en la definició, és interessant quedar-se amb el terme d'”n dimensions”, ja que és la idea en què es fonamenta el nínxol ecològic. Un nínxol ecològic no és res més que tots aquells requeriments multidimensionals d’una espècie. Dit d’una altra manera, el nínxol ecològic d’una espècie vindria a ser tot allò que envolta a l’espècie i que li permet prosperar i sobreviure allà on es troba. Fa referència, al cap i a la fi, a totes aquelles variables que l’afecten en el seu dia a dia, ja siguin biològiques -contacte amb altres éssers vius- o físiques i químiques -el clima en totes les seves expressions, l’hàbitat físic en el qual viu-. Un nínxol ecològic d’una espècie seria l’espectre d’aliments que consumeix o pot arribar a consumir, el moment del dia en què està activa per realitzar les seves funcions, el moment de l’any i la forma en la que porta a terme la reproducció, les espècies que la depreden i aquelles a les que depreda, l’hàbitat que tolera i tots aquells factors físics i químics que permeten que aquesta espècie segueixi sent viable.

competencia_03
Aquestes 5 espècies d’aloses d’Amèrica del Nord semblen ocupar el mateix hàbitat (l’avet) però no és així. En realitat cada una ocupa una posició diferent dins l’arbre. Font: Fisicanet.

Per posar un exemple bastant il·lustratiu, situem-nos a la sabana africana. Els principals ungulats que pasturen i realitzen les migracions massives estan compostos per zebres, nyus i gaseles de Thomson. A primera vista, podríem pensar que el seu nínxol ecològic és molt semblant: mateix hàbitat, mateixa rutina, mateixos depredadors i mateix àpat. Mateix menjar? En absolut. Durant la migració, les zebres van davant, devorant l’herba alta, que és la de pitjor qualitat. Els segueixen els nyus, que mengen el que encara queda en peu, i a aquests els segueixen les gaseles de Thomson, que s’alimenten dels nous brots, de gran qualitat, que comencen a germinar.

picg8
Encara que a primera vista pugui semblar que s’alimenten del mateix, cada espècie es centra en una part diferent de la planta. Font: Abierto por vacaciones.

PODEN CONVIURE DUES ESPÈCIES AMB EL MATEIX NÍNXOL EN UN MATEIX LLOC?

El principi d’exclusió competitiva, proposat per Gause (1934), declara que dues espècies ocupant el mateix nínxol no poden coexistir a llarg termini ja que entrarien en competència pels recursos. Així doncs, en un procés de competència pel mateix nínxol ecològic, sempre hi ha un guanyador i un perdedor. Al final, un dels competidors s’imposa a l’altre, i llavors poden passar dues coses: que el perdedor s’extingeixi (imatge A) o que hi hagi un desplaçament de les seves característiques per tal d’ocupar un altre nínxol (imatge B). De fet, el principi d’exclusió competitiva està darrere de la problemàtica actual amb les espècies invasores. Les espècies invasores no són més que espècies amb uns nínxols ecològics molt semblants a les espècies natives que, quan convergeixen en un mateix hàbitat, acaben desplaçant a les espècies autòctones, ja que són millors competidores. També sol passar, per descomptat, el contrari: l’espècie exòtica en qüestió és pitjor competidora que la seva homòloga i no arriba a prosperar en el nou ambient.

20_08_competitvexclusion-l1335993938015
Imatge A | Es va dur a terme aquest estudi per observar l’efecte de l’exclusió competitiva en dues espècies de protists. Les dues espècies ocupen nínxols ecològics gairebé idèntics, però aïllats en la natura. La densitat d’una d’elles cau en picat quan se les obliga a compartir el mateix espai, fins que acaba desapareixent. Aquest mateix procés succeeix amb les espècies invasores. Font: Jocie Broth.
pinzones
Imatge B | Quan les 3 espècies de pinsans de les Galàpagos (els diferents colors) conviuen a la mateixa illa, es dóna un desplaçament de caràcters per exclusió competitiva. Els individus dels extrems tendeixen a tenir valors de profunditat de bec molt semblants als de les altres espècies, el que provoca un solapament de nínxol i la seva posterior competència. Així s’acaben establint els límits finals. Font: Nature.

L’EQUIVALÈNCIA FUNCIONAL

Hem vist que compartir nínxol ecològic és sinònim de conflicte entre espècies. No obstant això, hi ha una situació en què no és així. La hipòtesi de l’equivalència funcional de Hubbell proclama que si els nínxols són idèntics i els paràmetres de vida (fecunditat, mortalitat, dispersió) de les espècies implicades també ho són, cap d’elles té un avantatge competitiu sobre l’altra, i la batalla acaba en taules. Aquest fet sembla haver-se demostrat, de moment, tan sols en un ecosistema molt estable com és el bosc tropical en una illa de Panamà (Barro Colorado). Les diferents espècies d’arbres d’aquest bosc, al tenir paràmetres de vida gairebé idèntics, no competeixen i es distribueixen a l’atzar, com si d’individus de la mateixa espècie es tractessin. A més, sembla ser que l’especiació en aquest tipus de boscos tropicals també podria donar-se per atzar, el que hauria provocat l’alta diversitat d’espècies que contenen aquests boscos.

1503897694_2ab5f7ba2e_b
Els boscos tropicals presenten una densitat d’espècies arbòries única al món. Una hectàrea de bosc tropical pot contenir fins a 650 espècies arbòries, més que tot Canadà i els EUA junts. Serà l’equivalència funcional de Hubbell l’explicació a aquest curiós fenomen? Font: Flickr, Jo.

NÍNXOLS NOUS, ESPÈCIES NOVES

L’especiació, o formació de noves espècies, sol ocórrer quan es creen nous nínxols ecològics o algun queda desocupat. En ambdós casos, ocupar un nou nínxol ecològic implica diferenciar-se gradualment de la població inicial fins a esdevenir en una espècie genèticament diferent. Com a exemple de formació de nous nínxols ecològics tenim el cas de l’aparició de les angiospermes. El seu auge va obrir multitud de noves possibilitats, gràcies tant a l’augment de diversitat de llavors i fruits (augmentant d’aquesta manera el nombre d’espècies especialitzades en cadascuna d’elles) com a l’aparició de les flors complexes, que va permetre l’explosió de multitud de insectes que van començar a pol·linizar-les (facilitant l’aparició de nous insectívors). Com a exemple de nínxol desocupat, hi ha el famós cas de l’extinció dels dinosaures no avians. Els dinosaures dominaven gran quantitat de nínxols ecològics, tant terrestres com aeris, i fins i tot aquàtics. Aquest buit va ser aprofitat per multitud de mamífers, que van anar ocupant aquests nínxols, gràcies a la seva elevada fecunditat i plasticitat (flexibilitat a l’hora d’ocupar diferents nínxols). Això va acabar provocant grans ràtios d’especiació en poc temps, el que és conegut com a radiació adaptativa.

Eomaia_NT
Aquest és Eomaia scansoria, una espècie extinta de mamífers que va viure a la mateixa època que els dinosaures. L’extinció dels dinosaures va obrir un gran ventall de possibilitats als mamífers, que, tot i que estaven en expansió, romanien en un segon pla. La seva gran plasticitat va fer que colonitzessin multitud d’hàbitats, ocupant els nínxols ecològics lliures deixats pels dinosaures. Font: Wikipedia.

L’ACOBLAMENT DE LES COMUNITATS

Com hem vist, el nínxol ecològic està darrere de processos ecològics i evolutius fonamentals. Totes les comunitats vives d’avui dia s’han anat formant gràcies als nínxols de les diferents espècies que, mitjançant competència per solapament de nínxols, s’han anat muntant com si fos un puzzle. Quan una peça desapareix, una altra ocupa el seu lloc, exercint la funció que l’altra duia a terme en la comunitat. No obstant això, conèixer la totalitat del nínxol ecològic d’una espècie és una feina complicada i, en la majoria dels casos, impossible. Com en les relacions humanes, un coneixement exhaustiu de tot allò que influeix en la vida d’una espècie (o de l’espai vital d’una persona) és de summa importància a l’hora d’assegurar la seva conservació a llarg termini.

REFERÈNCIES

Ricard-català

Comprova l’evolució en el teu propi cos

El 42% de la població nord-americana i l’11,5 de l’espanyola no creu que l’evolució sigui certa. Tot i això, hi ha diferents proves de que el genial Darwin tenia raó, algunes d’elles en el teu propi cos. T’han operat de l’apèndix o tret els queixals del seny? Descobreix en aquest article quins òrgans vestigials vas heretar dels teus avantpassats.

¿QUÈ SÓN LES ESTRUCTURES VESTIGIALS?

Les estructures vestigials (sovint anomenades òrgans, encara que no ho siguin pròpiament dit) són parts del cos que han vist reduïda o perduda la seva funció original durant l’evolució d’una espècie. Es troben en molts animals, inclosos per descomptat els humans.

Esqueleto de orca en el que se observan vestigios de las extremidades traseras. Foto: Patrick Gries
Esquelet  d’orca en el que s’observen vestigis de les extremitats posteriors, prova del seu origen terrestre. Foto: Patrick Gries

Les estructures vestigials eren plenament funcionals en els avantpassats d’aquestes espècies (i ho són en les estructures homòlogues d’altres espècies actuals), però actualment la seva funció és pràcticament nul·la o ha canviat. Per exemple, en alguns insectes com les mosques el segon parell d’ales ha perdut la seva funció voladora i ha quedat reduït a òrgans de l’equilibri (halteris). Si vols saber més sobre l’evolució del vol en els insectes entra aquí.

A més d’estructures físiques, les característiques vestigials també poden manifestar-se en comportaments o processos bioquímics.

¿PER QUÈ SÓN PROVES DE L’EVOLUCIÓ?

La selecció natural actua sobre les espècies afavorint característiques que augmentin la seva supervivència i eliminant les que no, per exemple quan apareixen canvis en l’hàbitat. Els individus amb característiques poc favorables moriran o es reproduiran menys i aquesta característica es veurà eliminada a la llarga, mentre que les favorables es mantindran ja que els seus portadors la podran passar a la següent generació.

De vegades hi ha característiques que no són ni favorables ni desfavorables, pel que seguiran passant a les següents generacions. Però tota estructura té un cost (energètic, perill a que s’infecti, desenvolupi tumors…), de manera que la pressió selectiva segueix actuant per eliminar una cosa que no afavoreix l’èxit de l’espècie. És el cas de les estructures vestigials, que “trigarien més” a desaparèixer al llarg de l’evolució. El fet que n’hi hagi revelen que en el passat aquestes estructures sí tenien una funció important en els nostres avantpassats.

TROBA ELS TEUS ÒRGANS VESTIGIALS

LA MEMBRANA NICTITANT

Ja vam parlar d’ella a Com veuen el món els animals. Es tracta d’una membrana transparent o translúcida que serveix per protegir l’ull i humitejar-lo sense perdre visibilitat. És comú en amfibis, rèptils i aus. Entre els primats, només la posseeixen completa lèmurs i loris.

membrana nictitante, nictitating membrane
Membrana nictitant o tercera parpella d’un fredeluga militar (Vanellus miles). Foto: Toby Hudson

En humans la plica semilunaris és un vestigi de la membrana nictitant. Òbviament no la podem moure però encara té certa funció de drenatge del lacrimal i ajuda al moviment de l’ull (Dartt, 2006).

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

EL TUBERCLE DE DARWIN I ELS MÚSCULS DE L’ORELLA

El 10% de la població té un engrossiment a l’orella, vestigi de l’orella punxeguda comú en els primats. Aquesta estructura es diu tubercle de Darwin i no té cap funció.

Variabilidad del Tubérculo de Darwin en la punta de la oreja (0= ausente). Puede presentarse en otras zonas del pabellón auditivo: ver publicación.
Variabilitat del Tubercle de Darwin a la punta de l’orella (0 = absent).  Font.
Comparación entre la oreja de un macaco y la nuestra. Fuente
Comparació entre l’orella d’un babuí groc (Papio cynocephalus) i la nostra. Font

Els primats (i altres mamífers) tenen orelles mòbils per dirigir els pavellons auditius cap a la font de so: segurament ho hauràs observat en el teu gos o gat. Els humans (i ximpanzés) ja no tenim aquesta gran mobilitat, encara que algunes persones poden moure lleugerament els pavellons auditius a voluntat. S’ha comprovat mitjançant elèctrodes que aquests músculs s’exciten quan percebem un so que ve d’una direcció concreta (2002).

Músculs auriculars responsables del moviment del pavelló auditiu. Font

El múscul occipitofrontal també ha perdut la seva funció d’evitar que caigui el cap, encara que participa en l’expressió facial.

MÚSCUL PALMAR LLARG

El 16% de les persones caucàsiques no posseeix aquest múscul al canell, tampoc un 31% de les nigerianes ni un 4,6% de les xineses. Fins i tot pot aparèixer en un braç i no en l’altre o ser doble segons les persones.

Es creu que aquest múscul participaria activament en la locomoció arborícola dels nostres avantpassats, però actualment no té cap funció necessària, ja que no proporciona més força d’agafada. Aquest múscul és més llarg en primats completament arborícoles (lèmurs) i més curt en els més terrestres, com els goril·les (referència).

I tu, el tens o no? Fes la prova: junta els dits polze i dit petit i aixeca lleugerament la mà.

mireia querol, mireia querol rovira, palmaris longus, musculo palmar largo, tendon
Jo tinc dos al braç esquerre i un al dret. Foto: Mireia Querol Rovira

QUEIXALS DEL SENY

El 35% de les persones no posseeixen queixals del seny o tercer molar. A la resta, la seva aparició sol ser dolorosa i és necessària l’extirpació.

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

Els nostres ancestres hominins sí en tenien, força més grans que els nostres. Un recent estudi explica que quan una dent es desenvolupa, emet senyals que determinen la mida de les dents veïnes. La reducció de la mandíbula i la resta de dentadura al llarg de l’evolució ha provocat la reducció dels molars (i fins i tot la desaparició del tercer).

Comparativa entre la dentición de un chimpancé, Australopithecus afarensis y Homo sapiens. Fuente
Comparativa entre la dentició d’un ximpanzé, Australopithecus afarensis i Homo sapiens. Observa la reducció dels tres últims molars entre afarensis i sapiens, Font

EL CÒCCIX

Si et toques la columna vertebral fins al final, arribaràs al còccix. Es tracta de 3 a 5 vèrtebres fusionades vestigi de la cua dels nostres avantpassats primats. De fet, quan estàvem a l’úter matern, en els primers estadis de desenvolupament de l’embrió s’observa una cua amb 10-12 vèrtebres en formació.

Distintos estados en el desarrollo embrionmario humano y comparación con otras especies. Créditos en la imagen
Diferents estadis en el desenvolupament embrionari humà (1 a 8) i comparació amb altres espècies. Crèdits a la imatge

Posteriorment es reabsorbeix, però no en tots els casos: hi ha reportats 40 naixements de nadons amb cua.

Neonato nacido con cola. Una mutación ha evitado la inhibición del crecimiento de la cola durante la gestación. Fuente
Nounat nascut amb cua. Una mutació ha evitat la inhibició del creixement de la cua durant la gestació. Font

Encara que no tinguem cua, actualment aquests ossos serveixen d’ancoratge d’alguns músculs pèlvics.

mireia querol, mireia querol rovira, coxis, sacro, sacrum, tailbone, rabadilla
Situació del coxis. Foto: Mireia Querol Rovira

MUGRONS SUPERNUMERARIS (POLITÈLIA)

S’estima que fins a un 5% de la població mundial presenta més de dos mugrons. Aquests mugrons “extra”, poden presentar-se en diferents formes (complets o no) pel que de vegades es confonen amb pigues. Se situen en la línia mamilar (de l’engonal a l’aixella), exactament en la mateixa posició que la resta de mamífers amb més de dues mames (observa el teu gos, per exemple).

Línea mamilar. Foto: MedicineNet
Línia mamilar. Foto: MedicineNet

Habitualment el número de mames correspon amb la mitjana de cries que pot tenir un mamífer, de manera que els mugrons extra serien un vestigi de quan els nostres avantpassats tenien més cries per part. L’habitual són 3 mugrons, però s’ha documentat un cas de fins a 8 mugrons en una persona.

Pezón suplementario debajo del principal. Fuente
Mugró suplementari sota del principal. Font

TROBA ELS TEUS REFLEXOS I COMPORTAMENTS VESTIGIALS

EL REFLEXE DE PRENSIÓ PALMAR I PLANTAR

Alguna vegada hauràs experimentat que a l’acostar qualsevol cosa a les mans d’un nadó, automàticament ho agafa amb una força tal que seria capaç d’aguantar el seu propi pes. Desapareix cap als 3-4 mesos i és un romanent del nostre passat arborícola i de la manera d’agafar-se al pèl de la mare, igual que succeeix amb els altres primats actuals. Observa el següent vídeo de 1934 sobre un estudi de dos bessons (minut 0:34):

En els peus també hi ha el reflex d’intentar agafar alguna cosa quan es toca la planta del peu d’un nadó. Desapareix cap als 9 mesos d’edat.

Per cert, t’has fixat en l’afició i facilitat que tenen els nens i nenes per pujar a qualsevol barana o part elevada en un parc infantil?

LA PELL DE GALLINA

El fred, l’estrès o una emoció intensa (per exemple, l’escoltar certa música) provoca que el múscul piloerector ens erici el pèl donant-li a la pell l’aspecte d’una gallina sense plomes. És un reflex involuntari en què algunes hormones, com l’adrenalina (que s’allibera en les situacions esmentades), estan implicades. Quina utilitat tenia això per als nostres ancestres i té en els mamífers actuals?

  • Augmentar l’espai entre la pell i l’exterior, de manera que l’aire calent atrapat entre el pèl ajuda a mantenir la temperatura.
  • Semblar més grans per espantar possibles depredadors o competidors.

    Chimpancé con el pelo erizado durante un display antes de un conflicto. Foto: Chimpanzee Sanctuary Northwest
    Ximpanzé amb els cabells estarrufats durant un display abans d’un conflicte. Foto: Chimpanzee Sanctuary Northwest

Òbviament nosaltres hem perdut el pèl en la major part del cos, de manera que encara conservem el reflex, no ens serveix ni per escalfar-nos ni per espantar depredadors. El pèl s’ha conservat més abundantment en zones on és necessària protecció o a causa de la selecció sexual (cap, celles, pestanyes, barba, pubis…), però en general, també pot ser considerat una estructura vestigial.

Hi ha més estructures vestigials tot i que en aquest article ens hem centrat en les més observables. En futurs articles parlarem d’altres internes, com el famós apèndix o l’òrgan vomeronasal.

REFERÈNCIES

Sinàpsids: Abans que els dinosaures dominessin la Terra

Abans de que els dinosaures dominessin la Terra, a finals del Paleozoic la terra estava ocupada pels sinàpsids. Els sinàpsids (la línia d’amniotes que inclou als mamífers) van ser un grup molt exitós que va ocupar la majoria de nínxols des del final del Carbonífer i fins al Pèrmic, però al final del Paleozoic la majoria de famílies es van extingir a causa de l’extinció masiva del Pèrmic-Triàssic (fa uns 252 milions d’anys) de la qual només els mamífers van sobreviure fins a l’actualitat. En aquesta entrada veurem alguns dels grups de sinàpsids més peculiars, els quals van portar a l’evolució dels mamífers actuals.

CARACTERÍSTIQUES I TENDÈNCIES EVOLUTIVES

El clade Synapsida inclou als mamífers i a tots els altres amniotes més emparentats amb aquests que amb els rèptils. Els sinàpsids van ser els primers amniotes en diversificar-se i van aparèixer fa uns 320 milions d’anys, a meitats del Carbonífer. Aquests primers sinàpsids es caracteritzaven per la presència d’una única fenestra temporal darrera de cada òrbita, a través de la qual passen els músculs mandibulars. Synapsida vol dir literalment “arcs fusionats” fent referencia als arcs zigomàtics (perquè abans els científics creien que els sinàpsids havien evolucionat de rèptils diàpsids i per tant es creia que els seus arcs s’havien “fusionat”).

Archaeothyris.svgDibuix d’un crani de Archaeothyris, en el que podem veure algunes de les característiques dels sinàpsids, com la fenestra temporal i dents caniniformes. Dibuix de Gretarsson.

Altres característiques que van aparèixer al llarg de la seva evolució són:

  • Diferenciació de dents amb formes diferents (heterodonts).
  • Mandíbula inferior formada per menys ossos.
  • Adquisició d’una postura més erecte i un metabolisme endoterm.

Els primers grups de sinàpsids més primitiu i “reptilians” s’anomenen informalment pelicosaures, mentres que les formes més avançades s’anomenen teràpsids (clade Therapsida que de fet, van evolucionar dels pelicosaures). Com veurem, l’evolució dels sinàpsids és del tipus de “un grup que inclou al següent grup el qual inclou al següent grup”.

Synapsid treeArbre evolutiu dels amniotes modificat de Kenneth D. Angielczyk (2009).

ORÍGEN DELS SINÀPSIDS, ELS PELICOSAURES

CotylorhynchusDB2Reconstrucció de Cotylorhynchus, un caseasaure que creixia fins als 3 metres de llarg. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

Els primers sinàpsids presentaven potes que els sortien dels costats, cossos baixos que arrossegaven per terra i probablement eren ectoterms. Si ens fixem en la morfología cranial, els primers grups de sinàpsids van ser els caseasaures (clade Caseasauria) caracteritzats pels seus caps petits, un musell superdesenvolupat i els seus cossos enormes (probablement eren criatures lentes i ecotèrmiques). Tanmateix, si ens fixem en l’esquelet postcranial, els primers sinàpsids foren dos grups anomenats varanòpids i ofiacodòntids (famílies Varanopidae i Ophiacodontidae) els quals s’assemblaven als varans (evolució convergent) i, mentre que els primers eren animals força petits i àgils, els segons van desenvolupar formes més grans amb caps enormes.

varanopid ophiacodontidDibuixos del varanòpid Varanodon (superior) i l’ofiacodòntid Ophiacodon (inferior). Dibuixos de Dmitry Bogdanov.

Just abans de l’aparició dels teràpsids (més avançats), els dos últims grups de “pelicosaures” van evolucionar i van ocupar la majoria d’ecosistemes terrestres. Ambdós grups compartien una alta vela que els recorria l’esquena (semblant a la del Spinosaurus) formada per les espines neurals. Durant la vida, aquesta vela probablement estaria coberta de pell i tindria força vasos sanguinis. Tot i que es creu que aquests animals encara eren ectoterms, aquesta vela probablement s’utilitzava per guanyar o perdre calor més eficaçment.

Ianthasaurus_species_DB15_2Reconstrucció de diferents espècies d’edafosàurids del gènere Ianthasaurus, mostrant la seva vela característica. Dibuixos de Dmitry Bogdanov.

El primer d’aquests grups és la família Edaphosauridae. A diferència de la majoria de sinàpsids basals, els edafosàurids eren herbívors i juntament amb els caseasaures, foren dels primers grans amniotes en adoptar un estil de vida vegetarià. Les veles dels edafosàurids estaven cobertes de tubercles espinosos, la funció dels quals encara no està clara del tot.

EdaphosaurusEsquelet de Edaphosaurus del Field Museum de Chicago, on es poden veure els tubercles a les espines neurals. Imatge de Andrew Y. Huang (2011).

L’altre grup, la família Sphenacodontidae, era el grup germà dels teràpsids, dintre del clade Sphenacodontia. Mentre que la resta de clades de pelicosaures tenien les dents pobrament fixades a les mandíbules, els esfenacodonts tenien les dents profundament insertades. La majoria d’esfenacodòntids eren carnívors, amb fortes mandíbules i dents caniniformes ben desenvolupades. Algunes espècies van esdevenir els majors depredadors terrestres just abans de l’aparició dels teràpsids.

Dimetrodon_gigashomog_DBReconstrucció de l’esfenacodòntid Dimetrodon, de Dmitry Bogdanov.

ELS PRIMERS TERÀPSIDS

Biarmosuchus_tener_skeleton_234Esquelet de Biarmosuchus, un teràpsid basal en el qual podem veure la seva postura més erecte. Imatge de Ghedoghedo.

Els teràpsids (clade Therapsida, “arcs de bèsties”) van aparèixer fa uns 275 milions d’anys i van reemplaçar als pelicosaures com a animals terrestres dominants a mitjans del Pèrmic. Els primers teràpsids ja tenien una postura més erecte, a diferència de les extremitats laterals dels pelicosaures. A més, les seves fenestres temporals eren més grans, fent les seves mandíbules més potents.

Estemmenosuchus_uralensisReconstrucció de Estemmenosuchus, un dinocèfal del qual s’han trobat impresions fòssils de la pell, pel que se sap que estava cobert de pell llisa i glandular sense escames. Dibuix de Mojcaj.

Els teràpsids es van diversificar àmpliament i van desenvolupar algunes adaptacions extraordinàries. Els dinocèfals (clade Dinocephalia, “caps terribles”) van desenvolupar protuberàncies cefàliques òssies que es creu estaven relacionades amb algún tipus de comportament de competició entre mascles. Un altre grup, els anomodonts (clade Anomodontia, “dents anormals”), es caracteritzava per no tindre dents, excepte un parell de canins superiors (que probablement estaven coberts per un bec). Els anomodonts fóren el grup germà dels teriodonts.

Placerias1DBReconstrucció de Placerias, un anomodont que podia arribar a pesar fins a una tona. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

THERIODONTIA I ELS PRIMERS DENTS DE SABRE

Els teriodonts (clade Theriodontia “dents de bèstia”) van esdevenir el grup de sinàpsids més exitós. Els tres grups principals probablement s’assemblaven força als mamífers, amb postures totalment erects, un paladar ossi secondari que els permetia respirar mentre empassaven o subjectaven una presa i dents heterodonts (dents incisiviformes, caniniformes i molariformes). El grup de teriodonts més primitius eren els gorgonopsis (clade Gorgonopsia, família Gorgonopsidae). Tots els membres d’aquest grup eren carnívors i depredadors actius, com revel·len les seves dents de sabre. Tot i que la majoria eren de mides modestes, els més grans arribaven als 3 metres de llarg i tenien canins de fins a 15 centímetres.

Inostrancevia_4DBReconstrucció de Inostrancevia, el gènere de gorgonòpsid més gran, depredant a Scutosaurus, un pararèptil. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

Un segon grup, els terocèfals (clade Therocephalia “cap de bèstia”) eren força més avançats que els gorgonòpsids tot i que no van adquirir les mides dels seus cosins. Les seves potes s’assemblaven als dels primers mamífers, presentaven petits orificis als ossos que probablement aguantaven vibrises en llavis carnosos i tot apunta a que ja eren endoterms.

Pristeroognathus_DBReconstrucció d’un parell de Pristerognathus, un gènere de terocèfals en els quals podem veure algunes característiques més mamíferes. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

Tant els gorgonòpsids com els terocèfals desapareixeren a finals del Pèrmic. L’únic grup de teràpsids que va sobreviure al llarg del Mesozoic i que coexistí amb els dinosaures van ser els cinodonts.

PETITS CINODONTS

Els cinodonts (clade Cynodontia “dents de gos”) van aparèixer a finals del Pèrmic i es van diversificar àmpliament juntament amb els arcosaures. Tot i que no està demostrat, la majoria de paleoartistes representen als cinodonts coberts de pèl, ja que les proves suggereixen un metabolisme endoterm. Algunes característiques dels cinodonts eren:

  • Mandíbula inferior formada únicament per l’òs dentari, mentre que els altres òssos mandibulars van esdevenir els ossets de l’oïda (l’articular, el quadrat i l’angular van evolucionar en el martell, l’enclusa i l’estrep).
  • Dents complexes: incissius per subjectar, canins per perforar, i premolars i molars per mastegar.
  • Només dos jocs de dents (difiodonts), enlloc de dents que es renoven constantment (polifiodonts, com la majoria de rèptils).
  • Grans cavitats cerebrals. S’han trobat alguns caus fòssils de diferents cinodonts, revel·lant comportaments socials complexes.
thrinaxodon_by_ntamura
Reconstrucció de Thrinaxodon, un cinodont excavador amb bigotis i pèl. Imatge de Nobu Tamura.

Tot i que competien amb els arcosaures, algunes formes primitives es van fer força grans. Per exemple, alguns carnívors com Cynognathus tenien caps grans i medien 1 metre de llarg, mentre Trucidocynodon tenia la mida d’un lleopard. Tanmateix, la tendència evolutiva faria que els cinodonts es féssin cada cop més petits, com la familia Brasiliodontidae la qual, com la majoria de cinodonts, va viure a l’ombra dels dinosaures i altres rèptils més grans. Els brasiliodontids es creu que foren el grup germà dels Mammaliaformes (els mamífers i els seus parents més recents).

Brasilitherium_riograndensisReconstrucció de Brasilitherium, un dels cinodonts no mamífers més avançats, que només media 12 cm de llarg. Dibuix de Smokeybjb.

Finalment, els mamífers van aparèixer a finals del període Triàsic, fa uns 225 milions d’anys. Els primers mamaliaformes probablement eren animals insectívors, nocturns i semblants a les musaranyes. Es creu que aquest estil de vida nocturn és el que va promoure l’aparició del pelatge, ja que en els teràpsids l’endotèrmia va aparèixer abans que el pèl. Aquests mamaliaformes probablement tinguéssin glàndules mamàries per alimentar a les seves críes quan aquestes no tenien dents, però probablement no tinguéssin mugrons com els monotremes actuals.

MegazostrodonReconstrucció de Megazostrodon, un petit mamaliaforme que representa força bé la transició de cinodonts a mamífers moderns. Imatge de Udo Schröter.

Després de l’extinció de la majoria d’arcosaures a finals del període Cretàcic, els sinàpsids supervivents van ocupar els nínxols ecològics buits. Els mamífers han dominat el món des de llavors, conquerint la terra, el mar i fins i tot l’aire, però això no hagués estat possible sense les diferents adaptacions adquirides pels primers sinàpsids al llarg de la seva evolució. Gràcies a ells, els humans i tots els altres mamífers som actualmente els animals dominants del planeta.

REFERÈNCIES

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

Difusió-català

Plantes i animals també poden viure en matrimoni

Quan pensem en la vida de les plantes es fa difícil imaginar-la sense la interacció amb els animals, ja que aquests dia rere dia estableixen diferents relacions simbiòtiques amb elles. Entre aquestes relacions simbiòtiques trobem la herbívora, o el cas contrari, el de les plantes carnívores. Però, hi ha moltes altres interaccions súper importants entre plantes i animals, com la que porta a aquests organismes a ajudar-se els uns als altres i a conviure junts. Per això, aquesta vegada us vull presentar el mutualisme entre plantes i animals. 

I, què és el mutualisme? Doncs és la relació que s’estableix entre dos organismes en la qual ambdós obtenen un benefici de la convivència en conjunt, és a dir, els dos aconsegueixen una recompensa quan viuen en companyia. Aquesta relació aconsegueix augmentar la seva eficàcia biològica (fitness) i per tant existeix una tendència dels dos organismes a conviure sempre junts.

Segons aquesta definició tant la pol·linització com la dispersió de llavors a través d’animals són casos de mutualisme.

POL·LINITZACIÓ PER ANIMALS

Moltes plantes reben visites a les seves flores per part d’animals que pretenen alimentar-se del nèctar, del pol·len o d’altres sucres que aquestes produeixen  i a canvi transporten pol·len cap a altres flors, permeten que aquest arribi al estigma d’una manera molt eficaç. Així la planta obté el benefici de la fecundació amb un cost de producció menor de pol·len que el que suposaria dispersar-lo per l’aire (el qual arribaria amb menor probabilitat al estigma d’altres flors). I els animals a canvi obtenen com a recompensa l’aliment. S’estableix així una veritable relació de mutualisme entre els dos organismes.

 “Video:The Beauty of Pollination” – Super Soul Sunday – Oprah Winfrey Network (www.youtube.com)

El cas més extrem de mutualisme es dona quan aquestes especies evolucionen unes depenent de les altres, és a dir, quan es dona coevolució. Entenem per coevolució aquelles adaptacions evolutives que permeten als dos o més organismes establir una relació de simbiosis estreta, ja que les adaptacions evolutives d’un influeixen en les adaptacions evolutives de l’altre organisme. Per exemple, això es dona entre varies orquídies i els seus pol·linitzadors, com és el conegut cas de l’Orquídea de Darwin. Però, hi ha moltes altres plantes que també han coevolucionat amb els seus polinitzadors, com la figuera o la mandioca o iuca.

De cap manera això s’ha de confondre amb l’engany que algunes plantes preparen per al seus pol·linitzadors, els quals no obtenen cap benefici directe. Per exemple, algunes orquídies també atrauen als seus pol·linitzadors amb olors (feromones) i les seves formes curioses que s’assemblen a les femelles dels pol·linitzadors, fent que aquests s’acostin a elles per copular-les i quedin impregnats de pol·len que serà transportant a altres flors gracies al mateix parany.

14374841786_121feb4632_o.jpg
Orquidea abellera (Ophrys apifera) (Autor: Bernard DUPONT, flickr).

DISPERSIÓ DE LLAVORS PER ANIMALS

La dispersió de llavors per animals es considera que ha tingut lloc gracies a un procés coevolutiu entre animals i els mecanismes de dispersió de les llavors en el qual tant plantes com animals obtenen un benefici. El més probable és que aquest procés s’iniciés en el Carbonífer (~300 Ma), on ja es creu que algunes plantes com les cícades desenvolupaven uns falsos fruits carnosos que podrien ser consumits per rèptils primitius que actuarien d’agents dispersadors de llavors. Aquest procés s’hauria intensificat amb la diversificació de plantes amb flors (Angiospermes) i de petits mamífers i aus durant el Cretaci (65-12 Ma), fet que va permetre la diversificació dels mecanismes de dispersió i de les estructures del fruit.

El mutualisme es pot donar de dues maneres dins de la dispersió de llavors per animals.

El primer cas el duen a terme els dispersadors que ingereixen llavors o fruits que expulsaran posteriorment, sense ser digerits, per defecacions o regurgitats. Els fruits i llavors preparats per aquest cas són portadors de recompenses o reclams, amb els quals atrauen als seus agents dispersadors, ja que els fruits acostumen a ser carnosos, dolços i normalment tenen colors vistosos o emeten olors per atraure als animals.

Per exemple, Acacia cyclops forma unes beines que contenen llavors rodejades per un eleosoma (substancia molt nutritiva formada normalment per lípids) que són molt més grans que la pròpia llavor. Això suposa un cost elevat d’energia per part de la planta, ja que no tan sols ha de produir la llavor sinó que també té que formar aquesta recompensa. Però a canvi, la cacatua Galah o de cap rosat (Eolophus roseicapillus) transporta a llarga distancia les seves llavors, ja que al alimentar-se d’aquest eleosoma ingereix les llavors que seran transportades pel seu vol a llarga distancia fins que siguin expulsades per defecació en altres llocs.

Cacatua_Acacia.jpg
Esquerra, Cacatua Galah (Eolophus roseicapillus) (Autor: Richard Fisher, flickr) ; Dreta, beines d’Acacia cyclops (llavors negres, eleosoma rosa) (Autor: Sydney Oats, flickr).

I l’altre tipus de dispersió de llavors per animals que estableix una relació de mutualisme és aquella on les diàspores són recollides per animals en èpoques d’abundància i les enterren per a disposar d’elles com aliment quan tinguin necessitat. Però no totes són menjades i algunes germinen.

3748563123_eeb32302cf_o.jpg
Esquirol recollint fruits (Autor: William Murphy, flickr)

Però no tot acaba aquí, ja que hi ha altres exemples ben curiosos i menys coneguts que d’alguna manera han fet que tant animals com plantes visquin junts en un perfecte “matrimoni”. Mirem ara un parell d’exemples:

Azteca i Cecropia

Les plantes del gènere Cecropia viuen en els boscos tropicals humits de Centre-Amèrica i Sud-Amèrica essent unes grans lluitadores. La seva estratègia per aconseguir alçar-se i captar llum evitant la competència amb d’altres plantes ha sigut la estreta relació que mantenen amb les formigues del gènere Azteca. Les plantes proporcionen a les formigues refugi, ja que les seves tiges terminals són normalment foradades i septades (amb separacions), el que permet a les formigues habitar-les per dins, i a més les plantes també produeixen cossos de Müller, que són petits cossos nutritius rics en glicogen dels quals les formigues s’alimenten. A canvi, les formigues protegeixen a Cecropia de lianes o plantes trepadores, permetent-li un gran èxit com a planta  pionera.

Ant Plants: CecropiaAzteca Symbiosis (www.youtube.com)

Marcgravia i Ratpenats

Fa pocs anys s’ha descobert que una planta de Cuba que és pol·linitzada per ratpenats ha evolucionat donant peu a fulles modificades que actuen com antenes parabòliques per a l’ecolocalització (radar) dels ratpenats. És a dir, la seva forma facilita que els ratpenats la localitzin ràpidament el que els permet recol·lectar nèctar de manera més eficient i a les plantes ser pol·linitzades amb major èxit, ja que els ratpenats es desplacen ràpidament visitant centenars de flors cada nit per alimentar-se.

6762814709_6dfaf49fff_o.jpg
Marcgravia (Autor: Alex Popovkin, Bahia, Brazil, Flickr)

En general, veiem que la vida de les plantes depèn molt de la vida dels animals, ja que aquests estan connectats d’una manera o altre. Totes aquestes interaccions que hem presentat formem part d’un conjunt encara més gran que fa de la vida una més complexa i singular, en la que la vida d’uns no s’explica sense la vida dels altres. Per aquest motiu podem dir que la vida d’alguns animals i algunes plantes s’assembla a un matrimoni.

Difusió-català

REFERÈNCIES

  • Apunts obtinguts en diferents assignatures durant la realització del Grau de Biologia Ambiental (Universitat autònoma de Barcelona) i el Màster de Biodiversitat (Universitat de Barcelona).
  • Bascompte, J. & Jordano, P. (2013) Mutualistic Networks (Chapter 1. Biodiversity and Plant-Animal Coevolution). Princeton University Press, pp 224.
  • Dansereau, P. (1957): Biogeography: an Ecological Perspective. The Ronald Press, New York., pp. 394.
  • Fenner M. & Thompson K. (2005). The Ecology of seeds. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. pp. 250.
  • Font Quer, P. (1953): Diccionario de Botánica. Editorial Labor, Barcelona.
  • Izco, J., Barreno, E., Brugués, M., Costa, M., Devesa, J. A., Fernández, F., Gallardo, T., Llimona, X., Parada, C., Talavera, S. & Valdés, B. (2004) Botánica ªEdición. McGraw-Hill, pp. 906.
  • Murray D. R. (2012). Seed dispersal. Academy Press. 322 pp.
  • Tiffney B. (2004). Vertebrate dispersal of seed plants through time. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics. 35:1-29.
  • Willis, K.J. & McElwain, J.C. (2014) The Evolution of Plants (second edition). Oxford University Press, pp. 424.
  • National Geographic (2011). Bats Drawn to Plant via “Echo Beacon”. http://news.nationalgeographic.com/news/2011/07/110728-plants-bats-sonar-pollination-animals-environment/

Coneixent els fòssils i la seva edat

A All You Need Is Biology sovint fem referència als fòssils per explicar el passat dels éssers vius. Però què és exactament un fòssil i com es forma? Per a què serveixen els fòssils? T’has preguntat mai com ho fa la ciència per saber l’edat d’un fòssil? Segueix llegint per descobrir-ho!

QUÈ ÉS UN FÒSSIL?

Si penses en un fòssil, segurament el primer que et ve al cap és un os de dinosaure o una petxina petrificada que et vas trobar al bosc, però un fòssil és molt més. Els fòssils són restes (completes o parcials) d’éssers vius que van viure en el passat (milers, milions d’anys) o rastres de la seva activitat que queden conservats (generalment en roques sedimentàries). Així doncs, existeixen diferents tipus de fòssils:

  • Petrificats i permineralitzats: són els que corresponen a la definició clàssica de fòssil en què les parts orgàniques o buides són substituïdes per minerals (veure apartat següent). La seva formació pot deixar motlles interns o externs (per exemple, de petxines) en el qual el material original pot desaparèixer. La fusta fossilitzada d’aquesta manera es coneix com a  xilòpal.

    cangrejo herradura, fósil, cosmocaixa, mireia querol rovira
    Fòssil petrificat de cranc ferradura i les seves petjades, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Icnofòssils: restes de l’activitat d’un ésser viu que queden registrades en la roca i donen informació sobre el comportament de les espècies. Poden ser modificacions de l’entorn (nius i altres construccions), empremtes (icnites), deposicions (copròlits excrements-, ous…) i altres marques com esgarrapades, mossegades…
    Cosmocaixa, huevos, dinosaurio, nido, mireia querol rovira
    Ous de dinosaure (niu). CosmoCaixa. foto: Mireia Querol Rovira

    coprolitos, cosmocaixa, excrementos fósiles, mireia querol rovira
    Copròlits, CosmoCaixa. foto: Mireia Querol Rovira
  • Ambre: resina fòssil de més de 20 milions d’antiguitat. Abans passa per un estat intermedi que s’anomena copal (menys de 20 milions d’anys). La resina, abans de passar a ambre, pot atrapar insectes, aràcnids, pol·len… en aquest cas es consideraria un doble fòssil.

    Pieza de ámbar a la lupa con insectos en su interior. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
    Peça d’ambre a la lupa amb insectes al seu interior, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Fòssils químics: són els combustibles fòssils, com el petroli i el carbó, que es van formar per l’acumulació de matèria orgànica a altes pressions i temperatures juntament amb l’acció de bacteris anaerobis (que no utilitzen oxigen per al seu metabolisme).
  • Subfòssil: quan el procés de fossilització no s’ha completat (per haver passat poc temps, o les condicions perquè es donés la fossilització no van ser propícies) les restes es coneixen com subfòssils. No tenen més de 11.000 anys d’antiguitat. És el cas dels nostres avantpassats més recents (Edat dels Metalls).
Ötzi, un subfòssil. És la mòmia natural més antiga d’Europa. Va viure durant el Calcolític (Edat de Coure) i va morir fa 5.300 anys. Foto: Wikimedia Commons
    • Fòssil vivent: nom que es dóna a éssers vius actuals molt semblants a organismes ja extingits. El cas més famós és el del celacant, que es creia extingit des de feia 65 milions d’anys fins que va ser redescobert el 1938, però hi ha altres exemples com els nàutils.

      ammonites, nautilus, cosmocaixa, fósil, mireia querol rovira
      Comparació entre la closca d’un nautilus actual (esquerra) i un ammonit de milions d’anys d’antiguitat (dreta). CosmoCaixa. Foto :Mireia Querol Rovira
    • Pseudofòssils: són formacions a les roques que semblen restes d’éssers vius, però en realitat s’han format per processos geològics. El cas més conegut són les dendrites de pirolusita, que semblen vegetals.

      Infiltraciones de priolusita en piedra calcárea. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol
      Infiltracions de priolusita en lloses calcàries, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol

Lògicament els fòssils es van fer més comuns a partir de l’aparició de parts dures (petxines, dents, ossos…), fa 543 milions d’anys (Explosió del Cambrià). El registre fòssil anterior a aquest període és molt escàs. Els fòssils més antics que es coneixen són els estromatòlits, roques formades per la precipitació de carbonat càlcic a causa de l’activitat de bacteris fotosintètics que encara existeixen en l’actualitat.

La ciència que estudia els fòssils és la Paleontologia .

stromatolite, estromatòli, estromatolito, mireia querol rovira, fossil, fósil
Estromatòlit de 2.800 milions d’anys d’antiguitat, Australian Museum. Foto: Mireia Querol Rovira

COM ES FORMA UN FÒSSIL?

La fossilització es pot donar de cinc maneres diferents:

    • Petrificació: és la substitució de la matèria orgànica per substàncies minerals de les restes d’un ésser viu enterrat. S’obté una còpia exacta de l’organisme en pedra. El primer pas de la petrificació és la permineralització: els porus de l’organisme estan farcits de mineral però el teixit orgànic està inalterat. És la fossilització més comú que pateixen els ossos.
    • Gelificació: l’organisme queda incrustat en el gel i no pateix gairebé transformacions.
    • Compressió: l’organisme mort queda sobre una capa tova del sòl, com el fang, i queda cobert per capes de sediments.
    • Inclusió : els organismes queden atrapats en ambre o petroli.
    • Impressió: els organismes deixen impressions en el fang i es conserva la marca fins que el fang s’endureix.
Processos de fossilització i fòssils resultants. Autor desconegut

UTILITAT DELS FÒSSILS

  • Els fòssils ens donen informació de com eren els éssers vius en el passat, resultant una evidència de la evolució biològica i una ajuda per establir els llinatges dels éssers vius actuals.
  • Permeten analitzar fenòmens cíclics com canvis climàtics, dinàmiques atmosfera-oceà i fins i tot les pertorbacions orbitals dels planetes.
  • Els que són exclusius d’una determinada època permeten datar amb força exactitud les roques en què es troben (fòssils guia).
  • Donen informació de processos geològics com el moviment dels continents, presència d’antics oceans, cadenes muntanyoses…
  • Els fòssils químics són la nostra principal font d’energia actual.
  • Donen informació sobre el clima del passat, per exemple, estudiant els anells de creixement dels troncs fòssils o les deposicions de matèria orgànica en les varves glacials.

    mireia querol rovira, tronco fósil, xilópalo, AMNH
    Troncs fòssils on s’observen anells de creixement. American Museum of Natural History. Foto: Mireia Querol Rovira

DATACIÓ DELS FÒSSILS

Per conèixer l’edat dels fòssils existeixen mètodes indirectes (datació relativa) i directes (datació absoluta). Com que no hi ha cap mètode perfecte i la precisió disminueix amb l’antiguitat, els jaciments se solen datar amb més d’una tècnica.

DATACIÓ RELATIVA

Els fòssils es daten segons el context en el qual han estat trobats, si estan associats a altres fòssils (fòssils guia) o objectes dels que es coneix l’edat i segons l’estrat en el qual es troben.

En geologia, els estrats són els diferents nivells de roques que s’ordenen segons la seva profunditat: segons la estratigrafia, els més antics són els que es troben a major profunditat, mentre que els més moderns són els més superficials, ja que els sediments no han tingut tant de temps per dipositar-se al substrat. Lògicament si hi ha moviments de terres i alteracions geològiques la datació seria incorrecta si només existís aquest mètode.

Esquema de las eras geológicas y estratso con sus correspondientes fósiles. Fuente
Esquema de les eres geològiques i estrats amb els seus corresponents fòssils. Font

DATACIÓ ABSOLUTA

És més precisa i es basa en les característiques físiques de la matèria.

DATACIÓ RADIOMÈTRICA

Es basa en la velocitat de desintegració d’isòtops radioactius presents en roques i fòssils. Els isòtops són àtoms del mateix element però amb diferent quantitat de neutrons en el seu nucli . Els isòtops radioactius són inestables, pel que es transformen en altres més estables a una velocitat coneguda pels científics emetent radiació. Comparant la quantitat d’isòtops inestables amb els estables en una mostra, la ciència pot estimar el temps que ha transcorregut des que es va formar el fòssil o roca.

carbono 14
Esquema del cicle del Carboni 14. Font
  • Radiocarboni (Carboni-14): en organismes vius, la relació entre el C12 i el C14 és constant, però quan moren, aquesta relació canvia ja que el C14 deixa de incorporar-se al cos i el que queda es descomposa radioactivament en un període de semidesintegració de 5730 anys. Coneixent la diferència entre el C12 i C14 de la mostra, podrem datar quan va morir l’organisme. El límit màxim de datació per aquest mètode són 60.000 anys, per tant només s’aplica a fòssils recents.
  • Beril·li 10-Alumini 26: té la mateixa aplicació que el C14, però té un període de semidesintegració molt més gran, de manera que permet datacions de 10 milions d’anys, i fins i tot de fins a 15 milions d’anys.
  • Potassi-Argó (40K/40Ar): s’utilitza per datar roques i cendres d’origen volcànic de més de 10.000 anys. És el mètode que es va utilitzar per datar les petjades de Laetoli , el primer rastre de bipedisme del nostre llinatge deixat per Australopithecus afarensis.
  • Sèries de l’Urani (Urani-Tori): s’utilitzen diverses tècniques mitjançant els isòtops de l’urani. S’utilitzen en materials de carbonat de calci, (com coralls) i dipòsits minerals en coves (espeleotemes ).
  • Calci 41: permet datar restes òssies en un interval de temps entre 50.000 i 1.000.000 d’anys.

DATACIÓ PER PALEOMAGNETISME

El pol nord magnètic ha anat canviant al llarg de la història de la Terra, i es coneixen les coordenades geogràfiques en diferents èpoques geològiques.

Alguns minerals tenen propietats magnètiques i es dirigeixen cap al pol nord magnètic quan estan en suspensió aquosa, per exemple en les argiles. Però si es dipositen a terra, queden fixats cap a la posició que tenia el pol nord magnètic en aquell moment. Si observem cap a quines coordenades estan orientats aquests minerals al jaciment, el podem associar amb una època determinada.

Deposición de partículas magnéticas orientadas hacia el polo norte magnético. Fuente: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.
Deposició de partícules magnètiques orientades cap al pol nord magnètic. Font: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

Aquesta datació s’utilitza en restes dipositades sobre fons argilosos i com el pol nord magnètic ha estat diverses vegades en les mateixes coordenades geogràfiques, s’obté més d’una data de datació. Segons el context del jaciment, es podran descartar algunes d’aquestes dates fins arribar a una definitiva.

DATACIÓ PER TERMOLUMINISCÈNCIA I LUMINISCÈNCIA ÒPTICA SIMULADA

Certs minerals (quars, feldspat, calcita…) acumulen modificacions en la seva estructura cristal·lina degudes a la desintegració radioactiva de l’entorn. Aquestes modificacions són acumulatives, contínues i dependents del temps d’exposició a la radiació. Quan se sotmet al mineral a estímuls externs, emet llum a causa d’aquestes modificacions. Aquesta luminiscència és molt feble i diferent segons se li apliqui calor (TL), llum visible (OSL) o infrarojos (IRSL).

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

Només es poden datar mostres que hagin estat protegides de la llum solar o del calor a més de 500 ºC, ja que llavors es reinicia “el rellotge” en alliberar l’energia de manera natural.

RESSONÀNCIA PARAMAGNÈTICA ELECTRÒNICA (ESR)

La ESR (electro spin ressonance) consisteix a sotmetre la mostra a radiació i mesurar l’energia absorbida per la mostra en funció de la quantitat de radiació a la qual ha estat sotmesa durant la seva història. És un mètode complex del que pots obtenir més informació aquí.

REFERÈNCIES

mireia querol rovira