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De la medicina tradicional a la medicina personalizada

Desde la prehistoria, donde la medicina tuvo sus comienzos con plantas, minerales y partes de animales; hasta día de hoy, la medicina ha evolucionado a pasos de gigante. Gran parte de la “culpa” de este hecho se la debemos a la genética, que nos permite hablar de medicina personalizada. De este tipo de medicina es de la que trata el siguiente artículo.

LA EVOLUCIÓN DE LAS ENFERMEDADES

Para hablar de medicina debemos conocer primero las enfermedades. Pero no podemos pensar que todas las enfermedades son genéticas, sino que existen enfermedades relacionadas con cambios anatómicos, fruto de nuestra evolución.

El chimpancé es el animal actual más cercano a nosotros, los humanos, con el que compartimos el 99% de nuestro genoma. A pesar de esto, los humanos tenemos características fenotípicas muy particulares como el cerebro más desarrollo, tanto a tamaño como a expansión de la corteza cerebral; piel sudorosa sin pelo, postura bípeda y dependencia prolongada de las crías, que permite la transmisión de conocimientos durante más tiempo; entre otras.

Posiblemente, la postura bípeda fue clave para que se produjera pronto la divergencia entre el linaje de chimpancé y el de humanos; y también es la razón de la aparición de algunas enfermedades relacionadas con factores anatómicos. Entre ellas encontramos hernias, hemorroides, varices, desórdenes de la columna, como hernias de los discos intervertebrales; osteoartritis en la articulación de la rodilla, prolapso uterino y dificultades en el parto.

El hecho de que la pelvis se remodelara (Figura 1) y fuera más estrecha resultó en problemas obstétricos millones de años después, cuando el cerebro se expandió y, por consecuencia, el cráneo también. Las cabezas de los fetos eran más largas y grandes dificultando el parto. Esto explica porque los partos de los humanos son más largos y prolongados en comparación con los de los chimpancés y otros animales.

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Figura 1. Comparación de la pelvis en humanos y chimpancés en postura bípeda (Fuente: Libros maravillosos – La especie elegida (capítulo 5))

La evolución hacia la vida moderna nos ha comportado muchos cambios en todos los sentidos. En comparación con nuestros antepasados cazadores y recolectores (Figura 2), nuestra dieta ha cambiado mucho y no tiene nada que ver con lo que comen el resto de primates. Para estos últimos, la fruta representa la mayoría de la ingesta, pero para nosotros lo es la carne roja. Además, somos los únicos animales que seguimos alimentándonos de leche pasado el período de lactancia.

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Figura 2. Imagen de humanos cazadores y recolectores (Fuente: Río Verde en la historia)

Si al cambio en la dieta le añadimos el sedentarismo y la poca actividad física de los humanos modernos, puede ayudar a explicar la gravedad y frecuencia de algunas enfermedades humanas modernas.

El estilo de vida también puede producirnos afectaciones. Por ejemplo la miopía, que su tasa es mayor en individuos occidentales que leen mucho o hacen actividades de visión cercana, en comparación a individuos de pueblos aborígenes.

Otro ejemplo claro es la alteración en la etapa reproductiva femenina. Actualmente las mujeres tienen hijos cada vez más tarde. Esto también va ligado a una disminución de la duración de la lactancia materna. Estos cambios, que socialmente se pueden considerar positivos, tienen efectos negativos sobre la salud de los órganos reproductivos. Está demostrado que la combinación de menarquia precoz, la lactancia limitada o inexistente y una menopausia más tardía son los principales factores de riesgo para cáncer de mama y ovario.

Los seres humanos cada vez vivimos más años y queremos la mejor calidad de vida. Es fácil que a mayor longevidad aparezcan más enfermedades, por el deterioro del organismo y de sus células.

LA EVOLUCIÓN DE LA MEDICINA

La historia de la medicina es la historia de la lucha de los hombres contra la enfermedad y, desde comienzos de este siglo, también es la historia del esfuerzo humano por mantener la salud.

Los conocimientos científicos de la medicina los hemos adquirido basándonos en la observación y en la experiencia, pero no siempre ha sido así. Nuestros antepasados experimentaron las enfermedades y el temor a la muerte antes de poderse hacer una imagen racional de ellas, y la medicina de entonces se hallaba inmersa en un sistema de creencias, mitos y ritos.

Pero en los últimos años ha nacido la genómica personalizada, que te dice tus factores de riesgo. Esto abre una puerta a la medicina personalizada, que ajusta los tratamientos a los pacientes dependiendo de su genoma (Figura 3). Utiliza la información de los genes y proteínas de una persona para prevenir, diagnosticar y tratar una enfermedad, y todo gracias a la secuenciación del genoma humano.

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Figura 3. La medicina personalizada pretende tratar a las personas individualmente, según su genoma (Fuente: Indiana Institute of Personalized Medicine)

Los métodos moleculares que hacen posible la medicina de precisión, incluyen pruebas de variación de genes, proteínas y nuevos tratamientos dirigidos a mecanismos moleculares. Con los resultados de estas pruebas y tratamientos se puede determinar el estado de la enfermedad, predecir el estado futuro de la misma, la respuesta al medicamento y el tratamiento o, incluso, el papel de los alimentos que ingerimos en determinados momentos, lo que resulta de gran ayuda a los médicos a individualizar el tratamiento de cada paciente.

Para ello tenemos a nuestro alcance la nutrigenética y la nutrigenómica, que al igual que la farmacogenética y la farmacogenómica, ayudan al avance de una medicina cada vez más dirigida. Por lo tanto, estas disciplinas son hoy en día uno de los pilares de la medicina personalizada, ya que supone tratar cada paciente de forma individualizada y a medida.

La evolución hacia la medicina de precisión es personalizada, preventiva, predictiva y participativa. Cada vez hay más acceso a la información y el paciente es más proactivo, adelantándose a los problemas, previniéndolos o estar preparados para enfrentarlos eficientemente.

REFERENCIAS

  • 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

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Podando el árbol evolutivo de los dinosaurios

Durante más de 130 años los dinosaurios han sido clasificados en dos órdenes separados, los saurisquios y los ornitisquios. Pero como siempre pasa en las ciencias biológicas, toda teoría es cierta hasta que se demuestra lo contrario. Un nuevo estudio ha puesto en entredicho la clasificación clásica de los dinosaurios, eliminando y redistribuyendo algunos de los diferentes grupos de dinosaurios. Aunque esta nueva hipótesis no es segura al 100%, en esta entrada os explicaremos en que consiste este reordenamiento de los dinosaurios.

CLASIFICACIÓN TRADICIONAL DE LOS DINOSAURIOS

Desde el siglo XIX, los dinosaurios se han dividido en dos grandes órdenes basados en la estructura de su pelvis. El orden Saurischia (pelvis de lagarto) incluye a los terópodos (dinosaurios carnívoros y aves actuales) y a los sauropodomorfos (grandes herbívoros de cuello largo); el orden Ornithischia (pelvis de ave) incluye a los ornitópodos (dinosaurios herbívoros y con pico de pato), a los marginocéfalos (dinosaurios con cuernos y estructuras craneales reforzadas) y a los tireóforos (dinosaurios acorazados).

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Árbol evolutivo tradicional de los dinosaurios por Zureks, con los dos tipos de pelvis dinosaurias abajo.

Aun así, esta clasificación no tiene la última palabra. La paleontología es una ciencia extremadamente volátil, ya que con cada nuevo descubrimiento se puede desmontar todo lo que se sabía hasta el momento, aunque se trate de una hipótesis centenaria. Esto es lo que ha pasado con los dinosaurios recientemente.

EL INICIO DE UNA NUEVA HIPÓTESIS

Un nuevo estudio publicado el marzo de 2017, ha hecho replantear la clasificación tradicional de los dinosaurios. Muchos  estudios anteriores asumían como cierta la clasificación en Saurischia/Ornithischia tradicional y por lo tanto, los caracteres y los taxones utilizados ya iban enfocados a dicha clasificación. En cambio, este nuevo estudio ha sido pionero en varios aspectos:

  • Incluye un gran número de especies y taxones (muchos más que en investigaciones anteriores).
  • Estudios anteriores daban mucho más énfasis en dinosaurios terópodos y sauropodomorfos (saurisquios tradicionales) basales, ya que fueron de los primeros grupos en diversificarse, incluyendo pocos ornitisquios basales.
  • También se han incluido muchos arcosaurios dinosauromorfos (taxones no dinosaurios).
  • Estudios anteriores habían asumido que muchos caracteres de los ornitisquios eran simplesiomórficos (caracteres ancestrales de todos los dinosaurios) y sólo se centraban en pocas sinapomorfías (caracteres compartidos por un grupo monofilético).

Este estudio se ha desprendido de muchas de las suposiciones anteriores sobre filogenia dinosauria y ha analizado un gran número de especies y multitud de caracteres no incluidos en investigaciones anteriores. Esto ha hecho que el árbol evolutivo resultante fuese muy diferente de los que se habían obtenido hasta la fecha.

RECONSTRUYENDO EL ÁRBOL

Entonces, ¿cómo queda el árbol evolutivo de los dinosaurios según esta hipótesis? Pues el tema es un poco complicado, aunque los diferentes taxones siguen quedando divididos en dos órdenes:

  • El orden Saurischia que, según el estudio, sólo incluye a los sauropodomorfos y a los herrerasáuridos (grupo de saurisquios carnívoros no terópodos).
  • El nuevo orden Ornithoscelida (patas de ave) que incluye a los ornitisquios tradicionales y a los terópodos, que dejan de ser saurisquios.

Teniendo esto en mente, veamos ahora las características que definen a estos dos grupos.

Saurisquios

El orden Saurischia se mantiene prácticamente igual, excepto que los terópodos quedan fuera del grupo. Este orden presenta la pelvis con estructura saurisquia original, como también la presentaban los antepasados de los dinosaurios. Según la nueva hipótesis, dentro de los saurisquios se incluyen los herrerasáuridos y los sauropodomorfos.

Los herrerasáuridos (familia Herrerasauridae) fueron un pequeño grupo de saurisquios basales que evolucionaron hacia una dieta carnívora. Por eso durante mucho tiempo se pensó que eran el grupo hermano de los terópodos, pero después se vio que su lugar se encontraba entre los primeros saurisquios. Aun estando bastante especializados, probablemente la competencia con otros depredadores hizo que no durasen mucho tiempo, apareciendo a mediados del Triásico y extinguiéndose a finales de este período.

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Foto de Brian Smith de un esqueleto y un modelo de Herrerasaurus del Field Museum of Natural History de Chicago.

Los herrerasáuridos ocupaban un nicho ecológico similar al de los terópodos. La nueva hipótesis implica entonces que la hipercarnivoría (alimentación exclusivamente de carne) evolucionó independientemente dos veces en los dinosaurios, cosa que hace que algunos paleontólogos la pongan en duda. Aun así, la anatomía de los herrerasáuridos y de los terópodos difería en ciertos aspectos, como la anatomía de sus manos (más generalista en los herrerasáuridos) y la estructura de la mandíbula.

Los primeros sauropodomorfos eran animales bípedos igual que los herrerasáuridos, aunque éstos eran animales omnívoros. Aun así, los sauropodomorfos acabarían convirtiéndose en enormes cuadrúpedos herbívoros con cuellos larguísimos característicos.

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Esqueleto de Thecodontosaurus (por Qilong), un sauropodomorfo basal y una reconstrucción de Plateosaurus (por Walters, Senter & Robins) uno de más avanzado. Aunque en esta imagen no se aprecia, a lo largo de su evolución, los sauropodomorfos aumentarían mucho su tamaño (Thecodontosaurus 2 metros, Plateosaurus hasta 10 metros).

Ornitoscélidos

El nuevo orden de dinosaurios es Ornithoscelida, que agrupa los terópodos con los ornitisquios. Este taxón está apoyado por más de veinte sinapomorfías (caracteres derivados compartidos por un clado) esqueléticas, presentes tanto en terópodos como en ornitisquios basales. Algunas de estas características incluyen la presencia de una separación entre los dientes premaxilares y maxilares (diastema) y la fusión de los extremos de la tibia y la fíbula en un tibiotarso (aunque estos caracteres sólo se encuentran en las especies más basales).

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Esquema de Baron et al. (2017) de los cráneos de dos ornitoscélidos basales, Eoraptor (un terópodo, superior) y Heterodontosaurus (un ornitisquio, inferior).

Tanto los terópodos como los primeros ornitisquios eran animales bípedos. Además, la presencia de dientes heterodontos en los miembros ancestrales de ambos grupos nos lleva a pensar que los primeros ornitoscélidos eran omnívoros, los cuáles después se especializarían en alimentarse de carne y de vegetación (terópodos y ornitisquios respectivamente).

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Reconstrucción de la cara de Daemonosaurus, uno de los primeros terópodos, por DeadMonkey8984.

Una curiosidad de la nueva clasificación es que aceptando a Ornithoscelida como un taxón válido, se agrupan a todos los dinosaurios con plumas en un solo grupo. Por todos es sabido que muchos terópodos presentaban plumas (ya que son los antepasados de las aves) pero, lo que mucha gente desconoce es que la presencia de plumas también se ha demostrado en algunos ornitisquios basales y en otros más avanzados.

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Reconstrucción por Tom Parker de Kulindadromeus, un ornitisquio del cual se han encontrado pruebas de que presentaba plumas en gran parte del cuerpo.

SEGUIR INVESTIGANDO

Y entonces, ¿es definitiva esta hipótesis? Pues no, por supuesto. Aunque resulta bastante atractivo decir que se ha cambiado la historia natural de los dinosaurios para siempre, no podemos asegurar que a partir de ahora los dinosaurios se clasifiquen de este modo.

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Árbol evolutivo de los dinosaurios según Baron et al. (2017), donde vemos los diferente clados; Dinosauria (A), Saurischia (B) y Ornithoscelida (C).

Aunque este estudio muestre resultados interesantes sobre el origen de los dinosaurios, no se pueden ignorar los cientos de estudios anteriores que se han hecho sobre este grupo de animales. Deberemos estar atentos a nuevos artículos que poco a poco vayan desvelando más información sobre las relaciones entre estos reptiles mesozoicos. ¡Y es que esto es lo más estimulante de la biología, que no hay nada seguro! Y que con nuevas técnicas de estudio y nuevos descubrimientos, poco a poco aprendemos más sobre el mundo que nos rodea.

¡Mantened la mente abierta y seguid investigando!

REFERENCIAS

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

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Plantas hiperacumuladoras de metales pesados

Durante millones de años la evolución ha llevado a las plantas a desarrollar diferentes estrategias para defenderse de los enemigos naturales, dando pie a una lucha de armamento evolutiva en la cual la supervivencia de unos y otros depende de la habilidad de hacer frente a las adaptaciones de los otros. Y es en este escenario donde la acumulación de metales pesados en altos niveles en planta juega un papel muy importante.

 INTRODUCCIÓN

Según Boyd (2012), la defensa de las plantas puede considerarse bajo distintos puntos de vista:

  • mecánica: espinas, coberturas, etc.
  • química: diferentes compuestos inorgánicos y orgánicos.
  • visual: cripsis y mimetismo.
  • comportamiento: relacionado con modificaciones en la fenología.
  • y asociativa: simbiosis con otros organismos, como es el caso del género Cecropia que establece simbiosis con las hormigas del género Azteca, las cuales protegen a estas plantas – para saber más: Plantas y animales también pueden vivir en matrimonio– .
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Defensa mecánica con espinas (Autor: Karyn Christner, Flickr, CC).

 

Se ha visto que la defensa química es ubicua, y por lo tanto, muchas interacciones entre organismos se explican bajo este punto de vista. Además, algunas plantas contienen grandes cantidades de ciertos elementos químicos, frecuentemente metales o componentes metálicos, que juegan un papel de defensa relevante, son las llamadas plantas hiperacumuladoras.

Plantas hiperacumuladoras  y sus características principales

Estas plantas pertenecen a diferentes familias, por lo tanto la hiperacumulación es una adquisición independiente que ha surgido varias veces durante la evolución, pero que en todos los casos genera la habilidad de crecer en suelos metalíferos y acumular extraordinarias cantidades  de metales pesados en órganos aéreos, a diferencia de los niveles encontrados en la mayoría de especies. Se sabe que las concentraciones de estos elementos químicos pueden ser entre 100 – 1000 veces mayores que las presentes en especies no hiperacumuladoras.

Generalmente, la química describe los metales pesados como aquellos metales de transición con una masa atómica superior a 20 y una densidad relativa cercana a 5. Pero, des del punto de vista biológico, los metales pesados son aquellos metales o metaloides que pueden ser tóxicos en bajas concentraciones. Aun así, las plantas hiperacumuladoras consiguen ser tolerantes, es decir, hiperacumulan estos metales pesados sin sufrir efectos fitotóxicos (toxicidad expresada en la planta).

En este sentido, hay tres características principales que describen las plantas hiperacumuladoras:

  • Fuerte aumento de la tasa de absorción de metales pesados.
  • Raíces que realizan la translocación más rápidamente.
  • Gran habilidad por detoxificar y acumular metales pesados en hojas.

Por lo tanto, las plantas hiperacumuladoras están bien preparadas para la asimilación, translocación a hojas y acumulación de grandes cantidades de metales pesados en vacuolas o en paredes celulares. En parte, esto es debido a una sobreexpresión constitutiva de genes que codifican para transportadores de membrana

Los valores límite que permiten diferenciar una planta hiperacumuladora de una que no lo es, están relacionados con la fitotoxicidad específica de cada metal pesado. Según este criterio, las plantas hiperacumuladoras son plantas que cuando crecen en suelos naturales acumulan en las partes aéreas (en gramos de peso seco):

  • > 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.
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Minuartia verna, hiperacumuladora de cobre (Autor: Candiru, Flickr, CC).

LA APARICIÓN DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS Y SUS IMPLICACIONES

Hasta el momento se ha planteado diferentes hipótesis para explicar porque ciertas plantas han llegado a ser hiperacumuladoras de metales pesados:

  • Tolerancia y disposición de metales.
  • Resistencia a la sequía.
  • Interferencia con otras plantas vecinas
  • Defensa contra los enemigos naturales.

La hipótesis que recibe más soporte  es la denominada “Elemental defence” (defensa por elementos), que indica que ciertos metales pesados podrían tener un rol defensivo en la planta contra los enemigos a naturales, tales como los herbívoros y los patógenos. Estos organismos al consumir la planta presentarían efectos tóxicos, lo cual los llevaría a la muerte o bien a reducir el consumo de esta planta en un futuro. Aun así, aunque los metales pesados pueden actuar a través de su toxicidad, esto no garantiza que la planta no sea dañada o atacada antes que el enemigo natural sea afectado por estos. Por ellos sigue siendo necesario una defensa más efectiva que permita evitar el ataque.

Por otro lado, de acuerdo con una hipótesis más moderna, “Joint effects” (efectos conjuntos), los metales pesados podrían actuar juntamente con otros compuestos orgánicos de defensa dando lugar a una mayor defensa global. Las ventajas de los elementos inorgánicos, donde se incluyen los metales pesados, es que no son sintetizados por la planta, se absorben del suelo directamente y por lo tanto no hay tanto consumo energético invertido en la defensa, y además no pueden ser biodegradados. Aun así, algunos enemigos naturales pueden llegar a quelar los metales pesados gracias a quelatos (sustancias que se unen a estos metales pesados para reducir su toxicidad) o acumularlos en órganos donde se reduciría su actividad. Esta nueva hipótesis justificaría la presencia simultánea de distintos metales pesados y compuestos orgánicos de defensa en la misma planta, con la finalidad de conseguir una defensa mayor que afecte a más enemigos naturales, los cuales se esperaría no fuesen capaces de tolerar los distintos elementos tóxicos.

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

Por otro lado, se ha visto que ciertos herbívoros tienen habilidades para evitar el consumo de plantas con altos niveles de metales pesados, realizando lo que se denomina “taste for metals” (“degustación de metales”). Aunque se sabe que esto sucede, no es del todo conocido el mecanismo exacto de todo este proceso de alerta y evitación.

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Solanum nigrum, hiperacumuladora de cadmio (Autor: John Tann, Flickr, CC).

Además, aunque las concentraciones de metales pesados que asumen estas plantas son elevadas, algunos  herbívoros logran sobrepasar esta defensa siendo tolerantes, es decir, su dieta les permite ingerir elevadas dosis de metales y por tanto alimentarse de la planta. Esto lleva a pensar que ciertos herbívoros podrían convertirse en especialistas en el consumo de estas plantas, y que, por tanto, este tipo de defensa quedaría reducido a organismos con dietas variadas, los denominados generalistas. Esto ha resultado no ser del todo cierto, ya que algunas veces los herbívoros generalistas presentan una preferencia y tolerancia superior por las plantas hiperacumuladoras que los organismos especialistas.

Por todos estos motivos se puede decir que la evolución continua jugando un papel importante en esta lucha de armamento.

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 REFERENCIAS

  • 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.

Las islas como laboratorio de la evolución

Las islas son laboratorios naturales donde estudiar la evolución en vivo. Ya sean de origen volcánico o continental están aisladas del continente por el mar y esto provoca que muchos de los seres vivos que viven en islas presenten adaptaciones espectaculares, a veces originándose especies gigantes o enanas en comparación con sus congéneres continentales. En este artículo, describimos cuáles son los mecanismos evolutivos que explican este fenómeno y ponemos algunos ejemplos sorprendentes.

El origen de las islas puede ser volcánico, implicando la aparición de tierras vírgenes las cuales que pueden ser colonizadas por unos pocos individuos y producirse nuevas adaptaciones a las nuevas condiciones, o bien continental, implicando la separación del continente por procesos tectónicos, con lo que la fauna y flora antes conectada, queda aislada y acaba diferenciándose con el paso de las generaciones.

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Aspecto de un cono volcánico en Hawaii. Fuente: Steve Juverston, vía Flickr.

MECANISMOS EVOLUTIVOS QUE ACTÚAN EN ISLAS

La generación de nuevas especies provocada por la aparición de una barrera geográfica, como puede ser la aparición de una cordillera, cambios en el nivel del mar o la creación de nuevas islas por movimientos tectónicos, se denomina especiación alopátrica y es el principal proceso que actúa en islas. Puede ser de dos tipos:

  1. Especiación vicariante: cuando dos poblaciones de la misma especie son separadas en nuestro caso por separación de un pedazo de tierra del continente. Un ejemplo de este caso es la isla de Madagascar, que cuando se separó del continente africano dejó la biota de la isla desconectada de la del continente por el mar.
  1. Especiación peripátrica: cuando una pequeña población de una especie se separa de la población original por la aparición de una barrera geográfica. Es el caso de la colonización de una tierra virgen como son las islas oceánicas. En este caso, los individuos que colonizan el nuevo ambiente pueden no representar el acervo genético de la especie ancestral y con el paso del tiempo y el aislamiento reproductivo, originarse una especie nueva en lo que se denomina efecto fundador.

El gran naturalista británico y creador de la teoría de la evolución, Charles Darwin, se inspiró en el archipiélago de origen volcánico de las islas Galápagos para desarrollar su gran teoría, paradigma de la ciencia actual.

Las islas oceánicas se forman por explosión de volcanes submarinos o movimientos de la dorsal oceánica. Debido a la actividad volcánica, se forman conjuntos de archipiélagos, donde cada isla tiene su propia historia, con un clima, relieve y geología diferenciados. Esto crea un escenario perfecto para observar cómo funciona la evolución, ya que cada población que llega a una nueva isla se ve afectada por presiones ecológicas diferentes y quizás nunca más entrará en contacto con las poblaciones de otras islas, formándose especies únicas, endémicas de cada isla.

Muchos naturalistas y científicos han estudiado la evolución en vivo en archipiélagos de estas características, como las islas de Hawái, Seychelles, Islas Mascareñas, archipiélago de Juan Fernández o nuestras Islas Canarias. Una de las últimas islas aparecidas en el océano Atlántico es la isla de Suerty que se formó en 1963, 30 km al sur de Islandia y desde entonces la llegada de vida hay sido documentada y estudiada para comprender una poco más los mecanismos ecológicos y evolutivos que actúan.

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Isla de Suerty en erupción, en el Sud de Islándia. Fuente: Wikimedia.

ADAPTACIONES EN ISLAS: GIGANTISMO Y LEÑOSIDAD

Muchas veces, las islas oceánicas, al ser vírgenes, no tienen depredadores y esto desencadena la aparición de adaptaciones curiosas. Uno de los procesos más sorprendentes es el gigantismo, en animales o adquisición de condición leñosa, en plantas.

La adquisición de leño en islas por parte de plantas herbáceas en el continente ha sido bastante documentado en varias familias y archipiélagos de todo el mundo. La causa de este fenómeno sería la ausencia de herbívoros y competidores en islas, que permite un desarrollo mayor en altura en la búsqueda de luz.

Por ejemplo, en Hawái encontramos la alianza de las espadas plateadas. Comprende 28 especies en tres géneros (Argyroxiphium, Dubautia y Wilkesia), todos miembros leñosos de la familia de los girasoles o Asteraceae. Sus parientes más cercanos son hierbas perennes de Norte América.

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Aspecto de una espada plateada del género Argyroxiphium (izquierda) y sus parientes más cercanos en el continente (derecha), del género Raillardella. Fuente: Wikimedia.

En las Islas Canarias encontramos muchos ejemplos de este fenómeno. El género Echium de la familia de las borrajas o Boraginaceae, contiene unas 60 especies, de las cuales 27 se encuentran en diferentes archipiélagos de origen volcánico de la Macaronesia (Canarias, Madeira y Cabo Verde). Casi todos los miembros de este género que encontramos en la Macaronesia son arbustos, que forman una inflorescencia que puede llegar hasta los 3 m de altura y son el símbolo del Parque Natural del Teide (los conocidos tajinastes), mientras que sus parientes más cercanos, euroasiáticos, son hierbas, como por ejemplo la lengua de vaca (Echium vulgare).

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Aspecto de un tajinaste rojo (izquierda) en Tenerife y su pariente continental (Echium vulgare) a la derecha. Fuente: Wikimedia.

También en la Macaronesia, encontramos otro ejemplo dentro de la familia de las Euphorbiaceae o lechetreznas. Es el caso de las especies Euphorbia mellifera, endémica de Canarias y Madeira y E. stygiana, endémica de Azores. Se trata de árboles en peligro de extinción o críticamente amenazados, según la IUCN, que pueden llegar a medir hasta 15 m de altura y que forman parte de la vegetación de laurisilva, el bosque subtropical húmedo típico macaronésico. Sus ancestros más cercanos son plantas herbáceas del Mediterráneo.

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Euphorbia mellifera en Maderia y uno de sus parientes más cercano herbáceo del Mediterráneo (derecha, E. palustris). Fuente: izquierda Laia Barres González y derecha Wikimedia.

Dentro del reino de los animales, también encontramos adaptaciones peculiares en islas. Los animales herbívoros que habitan islas no suelen tener grandes depredadores ni competidores y esto facilita que aparezcan especies de mayor tamaño que en el continente, donde la presencia de grandes carnívoros evitaría la aparición de este tipo de características por la incompatibilidad con esconderse o huir de la presa.

Uno de los ejemplos más famosos de gigantismo insular es el caso de las tortugas gigantes de las Galápagos (complejo Chelonoidis nigra), que engloba 10 especies diferentes, muchas endémicas de una única isla del archipiélago. Son las tortugas más grandes y longevas del mundo. Pueden llegar a los 2 m de largo y los 450 kg de peso y pueden vivir más de 100 años.

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Tortuga gigante de las Galápagos. Fuente: Wikipedia.

Entre los reptiles, está el caso de los lagartos gigantes del género Gallotia de las Islas Canarias. Son varias especies endémicas de cada una de las islas: G. auaritae de La Palma, que se creía extinta hasta el descubrimiento de varios individuos en 2007, G. bravoana de La Gomera, G. intermedia de Tenerife, G. simonyi de El Hierro y G. stehlini de Gran Canaria, entre otros. Entre los lagartos gigantes de Canarias está el extinto Gallotia goliath, que podía llegar hasta 1 m de largo y del que actualmente se piensa que se incluye dentro de la circunscripción de G. simony.

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Gallotia stehlini de Gran Canaria. Fuente: El coleccionista de instantes Fotografía & Vídeo vía Flickr.

Otro ejemplo lo encontramos en la isla de Flores, en Indonesia, donde existe una especie de rata gigante (Papagomys armandvillei) que llega a doblar en tamaño a la rata común. Curiosamente, en esta isla se encontraron también fósiles de un homínido que experimentó el proceso contrario, ya que se trataba de primates enanos en comparación con las medidas actuales del ser humano. Se trata del Homo floresiensis, que sólo hacía 1 m de altura y pesaba 25 kg. Se extinguió hace unos 50000 años y convivió con el Homo sapiens.

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Rata gigante (Papagomys armandvillei) de la isla de Flores. Fuente: Wikimedia.

El enanismo es otro de los procesos evolutivos que se pueden dar en islas. Provocado por la ausencia de recursos en algunas islas, en comparación al continente de donde provienen las poblaciones originales.

Desgraciadamente, las islas, por albergar una biota tan peculiar y exclusiva, son también testigos de muchos casos de sobreexplotación y extinción de especies. La biología de la conservación en islas nos ayuda a entender y conservar este patrimonio natural tan rico y único.

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REFERENCIAS

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.

Evolución del caparazón con sólo cuatro tortugas fósiles

Las tortugas son animales simpáticos que, aunque resultan adorables para la mayoría de gente, llevan de cabeza a los paleontólogos desde hace décadas. La combinación de características consideradas primitivas con una anatomía especialmente derivada, ha hecho que el origen y la evolución de estos reptiles hayan sido casi imposibles de reconstruir. En esta entrada intentaremos hacernos una idea sobre cómo se desarrolló una de las principales características de las tortugas (el caparazón) con sólo cuatro ejemplos de “tortugas” primitivas.

PARIENTES ACTUALES Y EXTINTOS

Como ya explicamos en una entrada anterior, el origen de los testudinos aún es tema de debate en la comunidad científica. Las tortugas presentan algunas características anatómicas únicas entre los vertebrados actuales que hacen que se pueda confundir su origen filogenético. Una de las características que más ha confundido a los paleontólogos es su cráneo.

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Cráneo de tortuga boba (Caretta caretta) en el que podemos ver la falta de aperturas temporales. Foto de David Stang.

Mientras que el resto de reptiles son diápsidos (presentan dos aperturas temporales a cada lado del cráneo), las tortugas presentan un cráneo típicamente anápsido (sin ninguna apertura temporal). Aun así, estudios genómicos recientes han demostrado que muy probablemente los testudinios (orden Testudines, las tortugas actuales) descienden de un antepasado con un cráneo diápsido y que a lo largo de su evolución revertieron a la forma anápsida primitiva. Lo que no está muy claro es si las tortugas están más emparentadas con los lepidosaurios (lagartos, serpientes y tuataras) o con los arcosaurios (cocodrilos y aves). La hipótesis más aceptada es la segunda.

Aunque los orígenes de los testudinos aún son un poco misteriosos, la mayoría de paleontólogos coinciden en que éstos se hallan dentro del clado Pantestudines, el cuál agrupa a todas esas especies más emparentadas con las tortugas que con cualquier otro animal. Un grupo de reptiles que también se encuentran dentro de los pantestudinos son los sauropterigios como los plesiosaurios y los placodontos.

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Reconstrucción de Dmitry Bogdanov del sauropterigio Plesiosaurus, un pariente lejano de las tortugas.

EVOLUCIÓN DE LOS TESTUDINOS

El resto de pantestudinos nos ayudan a formar una imagen de cómo las tortugas adquirieron una anatomía tan especializada. Pero primero, miremos algunas de las características de las tortugas:

  • Un caparazón formado por dos partes: la mitad dorsal (espáldar) que proviene de la fusión de las vértebras y las costillas dorsales y la mitad ventral (plastrón) que proviene de unas costillas ventrales llamadas “gastralia” (presentes en algunos reptiles actuales).
  • Mientras que el resto de vertebrados presentamos la escápula por encima de las costillas, las costillas de las tortugas (su caparazón) se encuentran cubriendo la escápula.
  • La habilidad de esconder la cabeza y las patas dentro del caparazón.
  • La ausencia de dientes; en su lugar presentan picos córneos.

Como veremos, la adquisición de estas características se dio muy gradualmente.

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Espáldar de una tortuga muerta, donde vemos como las costillas se fusionan con las vértebras para formar el caparazón. Foto de Fritz Flohr Reynolds.

Aunque aún no está clara su relación exacta con las tortugas, Eunotosaurus africanus es el candidato a pariente de las tortugas más antiguo. El Eunotosaurus era un animal fosorial que vivió hace 260 millones de años en Sudáfrica. Este animal tenía unas costillas dorsales muy anchas y en contacto entre ellas, cosa que se cree que servía de punto de anclaje para los potentes músculos de las patas delanteras, utilizados mientras cavaba. Además, de manera similar a las tortugas actuales, Eunotosaurus había perdido los músculos intercostales y presentaba una reorganización de la musculatura respiratoria.

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Fósil de Eunotosaurus, donde se aprecia las costillas anchas características. Foto de Flowcomm.

El pariente indiscutible más antiguo de las tortugas es Pappochelys rosinae de Alemania (hace unos 240 millones de años). El nombre “Pappochelys” significa literalmente “tortuga abuela”, ya que antes del descubrimiento de Eunotosaurus era el pariente más antiguo de éstas. Igual que Eunotosaurus, presentaba costillas dorsales anchas y en contacto entre ellas. Además, sus costillas ventrales ya eran más anchas y gruesas y su cintura escapular se situaba bajo las costillas dorsales.

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Dibujo de Rainer Schoch del esqueleto de Pappochelys donde se pueden ver algunas de sus características. Se cree que Pappochelys era un animal semiacuático que nadaba impulsado por su larga cola.

El siguiente paso en la evolución de las tortugas lo encontramos hace 220 millones de años, en la segunda mitad del Triásico de China. Su nombre es Odontochelys semitestacea, cosa que significa “tortuga dentada con medio caparazón”. Este nombre se debe al hecho que, a diferencia de las tortugas auténticas, Odontochelys tenía una boca con dientes y sólo presentaba la parte ventral del caparazón, el plastrón. Aunque también tenía costillas dorsales anchas, sólo se han encontrado pruebas de la presencia de plastrón. Odontochelys fue descubierto en depósitos de agua dulce, de manera que parece plausible que desarrollara primero el plastrón para protegerse de depredadores que lo atacaran por debajo.

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Reconstrucción de Nobu Tamura de Odontochelys semitestacea. El hecho de que sólo presentara medio caparazón hace que no se lo considere una tortuga auténtica.

El primer testudino conocido con un caparazón completo es Proganochelys guenstedti del Triásico, hace 210 millones de años. Éste ya presentaba muchas características de las tortugas actuales: el caparazón estaba completamente formado, con espáldar y plastrón, su cráneo era de configuración anápsida y no presentaba dientes. No obstante, Proganochelys no era capaz de esconder la cabeza y las patas en su caparazón (aunque esto quizás se debía a los cuernos que presentaba). Además, presentaba dos piezas del caparazón extra a los lados de éste, que probablemente servían para proteger las patas.

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Reconstrucción de Proganochelys del Museum am Lowentor de Stuttgart. Foto de Ghedoghedo.

TORTUGAS DE HOY EN DÍA

El orden de los Testudines tal y como los conocemos hoy, aparecieron hace unos 190 millones de años, durante el Jurásico. Estas tortugas actuales se clasifican en dos subórdenes diferentes, los cuáles se separaron muy rápidamente al principio de la evolución de los testudinos:

Suborden Pleurodira: Este suborden es el más pequeño ya que sólo contiene tres familias actuales, todas nativas del hemisferio sur. La principal característica es la forma en que esconden la cabeza lateralmente dentro de su caparazón, cosa que hace que parte del cuello quede expuesto y que las vértebras cervicales tengan una forma característica (Pleurodira significa aproximadamente, “cuello de lado”). Además los pleurodiros presentan 13 escudos en el plastrón.

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Foto de Ian Sutton de una tortuga de cuello de serpiente australiana (Chelodina longicollis), un pleurodiro típico.

Suborden Cryptodira: Los criptodiros comprenden a la gran mayoría de tortugas. Mientras que los pleurodiros sólo presentan especies de agua dulce (como se cree que era el antepasado común de los testudinos), los criptodiros incluyen especies acuáticas, pero también terrestres y marinas. Aparte de presentar sólo entre 11 y 12 escudos en el plastrón, su característica principal es la capacidad de retraer el cuello y por lo tanto esconder la cabeza completamente dentro del caparazón (Criptodira significa aproximadamente, “cuello escondido”). Los criptodiros se encuentran prácticamente en todos los continentes y en todos los océanos (excepto en los hábitats más fríos).

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Tortuga de vientre rojo de Alabama (Pseudemys alabamensis), de la U.S. Fish and Wildlife Service. En esta foto vemos cómo esconden la cabeza los criptodiros.

Aunque aún quedan preguntas por responder sobre la evolución de las tortugas, esperemos que con esta pequeña introducción a algunas de las “tortugas” fósiles más características os hayáis hecho una idea de cómo las tortugas consiguieron su caparazón. Sean cuales sean sus orígenes, esperemos que la aparición del hombre no sea el que ponga fin a la historia de este grupo de animales lento pero constante.

REFERENCIAS

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

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El espacio vital de los seres vivos

Todos tenemos nuestro propio espacio vital, aquel lugar en el que nos sentimos a gusto, como si estuviéramos en casa. También tenemos nuestras rutinas, costumbres y todo ese elenco de preferencias que nos hacen únicos. Cada uno de nosotros tenemos, en definitiva, nuestro propio nicho ecológico, un concepto extensivo a cada una de las especies que comparten la Tierra con nosotros. De él derivan procesos ecológicos como la competencia o la especiación, fenómenos clave para entender el ensamblaje y la dinámica de los ecosistemas naturales.

INTRODUCCIÓN

Cuando a uno le preguntan cómo describiría a una persona cercana, lo primero que nos viene en mente es su manera de ser cuando estás con ella y aquello que adora hacer. Sabemos qué es lo primero que siempre pide en un restaurante, aquello que le saca de quicio, qué sitios le gusta frecuentar, qué le gusta hacer cuando tiene tiempo libre y hasta cómo se comporta cuando le gusta alguien. Si además hemos convivido con ellos, podríamos acertar casi con precisión suiza su rutina diaria, desde que se levanta hasta que se acuesta. Aunque evidentemente no nos comportamos siempre igual, hay multitud de rasgos, manías y rutinas que nos caracterizan y diferencian. Cada uno de nosotros tenemos nuestra zona de confort, nuestros hobbies, preferencias alimenticias y personas con las que adoramos pasar nuestro tiempo libre.

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Las preferencias alimenticias de cada uno, así como sus rutinas y hobbies, sirven de comparación para ejemplificar la diversidad de nichos ecológicos en el reino natural. Fuente: Flickr, George Redgrave.

EL NICHO ECOLOGICO DE UNA ESPECIE

Este “espacio vital” que cada uno tenemos y con el que nos sentimos identificado, es igualmente equiparable al nicho ecológico de los seres vivos. El  nicho ecológico de una especie es un concepto que siempre se nos ha sido presentado como la “ocupación”, “profesión” o “trabajo” que realiza un ser vivo en el sitio donde vive ( Wikipedia o Conicet), pero que va mucho más allá de eso. Hutchinson (1957) lo definió como: “El  hipervolumen de n dimensiones dentro del cual la especie puede mantener una población viable”. A pesar de lo confuso de la definición, es interesarte quedarse con el término de “n dimensiones”, pues es la idea en la que se fundamenta el nicho ecológico. Un nicho ecológico no es nada más ni nada menos que todos aquellos requerimientos multidimensionales de una especie Dicho de otro modo, el nicho ecológico de una especie vendría a ser todo aquello que envuelve a la especie y que le hace prosperar y sobrevivir allí donde se encuentra. Hace referencia, en definitiva, a todas aquellas variables que le afectan en su día a día, ya sean biológicas –contacto con otros seres vivos- o físicas y químicas –el clima en todas sus expresiones, el hábitat físico en el que vive-. Un nicho ecológico de una especie sería el espectro de alimentos que consume o puede llegar a consumir, el momento del día en el que está activa para realizar sus funciones, el momento del año y la forma en la que lleva a cabo la reproducción, las especies que la depredan y aquellas a las que depreda, el hábitat que tolera y todos aquellos factores físicos y químicos que permiten que esta especie siga siendo viable.

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Estas 5 especies de gorjeadores de norteamérica parecen ocupar el mismo hábitat (el abeto) pero no es así. En realidad cada uno ocupa una posición distinta dentro del árbol. Fuente: Fisicanet

Por poner un ejemplo bastante ilustrativo, situémonos en la sabana africana. Los principales ungulados que pastan y realizan las migraciones masivas están compuestos por zebras, ñus y gacelas de Thomson. A simple vista, podríamos pensar que su nicho ecológico es muy parecido: mismo hábitat, misma rutina, mismos depredadores y misma comida. ¿Misma comida? En absoluto. Durante la migración, las zebras van delante, devorando la hierba alta, que es la de peor calidad. Les siguen los ñus, que comen lo que aún queda en pie, y a estos les siguen las gazelas de Thomson, que se alimentan de los nuevos brotes, de gran calidad, que empiezan a germinar.

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Aunque a primera vista pueda parecer que se alimentan de lo mismo, cada especie se centra en una parte distinta de la planta. Fuente: Abierto por vacaciones.

¿PUEDEN CONVIVIR DOS ESPECIES CON EL MISMO NICHO EN UN MISMO LUGAR?

El principio de exclusión competitiva, propuesto por Gause (1934), declara que dos especies ocupando el mismo nicho no pueden coexistir a largo plazo puesto que entrarían en competencia por los recursos. Así pues, en un proceso de competencia por el mismo nicho ecológico, siempre hay un ganador y un perdedor. Al final, uno de los competidores se impone al otro, y entonces pueden ocurrir dos cosas: que el perdedor se extinga (imagen A) o que haya un desplazamiento de sus características con ta de ocupar otro nicho (imagen B). De hecho, el principio de exclusión competitiva está detrás de la problemática actual con las especies invasoras. Las especies invasoras no son más que especies con unos nichos ecológicos muy parecidos a las especies nativas que, cuando convergen en un mismo hábitat, acaban desplazando a las especies autóctonas, ya que son mejores competidoras. También suele pasar, por supuesto, lo contrario: la especie exótica en cuestión es peor competidora que su homóloga y no llega a prosperar en el nuevo ambiente.

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Imagen A | Se llevó a cabo este estudio para observar el efecto de la exclusión competitiva en dos especies de protistas. Ambas especies ocupan nichos ecológicos casi idénticos, pero aislados en la naturaleza. La densidad de una de ellas cae en picado cuando se las obliga a compartir el mismo espacio, hasta que acaba desapareciendo. Este mismo proceso ocurre con las especies invasoras. Fuente: Jocie Broth.
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Imagen B | Cuando las 3 especies de pinzones de las Galápagos (los diferentes colores) conviven en la misma isla, se da un desplazamiento de caracteres por exclusión competitiva. Los individuos de los extremos tienden a tener valores de profundidad de pico muy parecidos a los de las otras especies, lo que provoca un solapamiento de nicho y su posterior competencia. Así se acaban estableciendo los límites finales. Fuente: Nature.

LA EQUIVALENCIA FUNCIONAL

Hemos visto que compartir nicho ecológico es sinónimo de conflicto entre especies. Sin embargo, hay una situación en la que no es así. La hipótesis de la equivalencia funcional de Hubbell proclama que si los nichos son idénticos y los parámetros de vida (fecundidad, mortalidad, dispersión) de las especies implicadas también lo son, ninguna de ellas tiene una ventaja competitiva sobre la otra, y la batalla acaba en tablas. Este hecho parece haberse demostrado, de momento, tan sólo en un ecosistema muy estable como es el bosque tropical en una isla de Panamá (Barro Colorado). Las diferentes especies de árboles de dicho bosque, al tener parámetros de vida casi idénticos, no compiten y se distribuyen al azar, como si de individuos de la misma especie se trataran. Además, parece ser que la especiación en este tipo de bosques tropicales también podría darse por azar, lo que habría provocado la alta densidad de especies que albergan estos bosques.

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Los bosques tropicales presentan una densidad de especies arboreas única en el mundo. Una hectárea de bosque tropical puede contener hasta 650 especies arboreas, más  que todo Canadá y EEUU juntos. ¿Será la equivalencia funcional de Hubbell la explicación a este curioso fenómeno? Fuente: Flickr, Jo.

NICHOS NUEVOS, ESPECIES NUEVAS

La especiación, o formación de nuevas especies,  suele ocurrir cuando se crean nuevos nichos ecológicos o alguno queda desocupado. En ambos casos, ocupar un nuevo nicho ecológico implica diferenciarse paulatinamente de la población inicial hasta devenir en una especie genéticamente distinta. Como ejemplo de formación de nuevos nichos ecológicos tenemos el caso de la aparición de las angioespermas. Su auge abrió multitud de nuevas posibilidades, gracias tanto al aumento de diversidad de semillas y frutos (aumentando de esta forma el número de especies especializadas en cada una de ellas) como a la aparición de las flores complejas, que permitió la explosión de multitud de insectos que empezaron a polinizarlas (facilitando la aparición de nuevos insectívoros). Como ejemplo de nicho desocupado, está el famoso caso de la extinción de los dinosaurios no avianos. Los dinosaurios dominaban gran cantidad de nichos ecológicos, tanto terrestres como aéreos, e incluso acuáticos. Ese vacío fue aprovechado por multitud de mamíferos que fueron ocupando esos nichos, gracias a su elevada fecundidad y plasticidad (flexibilidad a la hora de ocupar diferentes hábitats). Eso acabó provocando grandes ratios de especiación en poco tiempo, lo que es conocido como radiación adaptativa.

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Éste es Eomaia Scansoria,  una especie extinta de mamíferos que vivió en la misma época que los dinosaurios. La extinción de los dinosaurios abrió un gran abanico de posibilidades a los mamíferos, que, aunque estaban en expansión, permanecían en un segundo plano. Su gran plasticidad hizo que colonizaran multitud de hábitats, ocupando los nichos ecológicos libres dejados por los dinosaurios. Fuente: Wikipedia.

EL ENSAMBLAJE DE LAS COMUNIDADES

Como hemos visto, el nicho ecológico está detrás de procesos ecológicos y evolutivos fundamentales. Todas las comunidades vivas de hoy en día se han ido formando gracias a los nichos de las diferentes especies que, mediante competencia por solapamiento de nichos, han ido montándose como si de un puzzle se tratara. Cuando una pieza desaparece, otra ocupa su lugar, desempeñando la función que la otra tenía en la comunidad. No obstante, conocer la totalidad del nicho ecológico de una especie es tarea ardua y, en la mayoría de casos, imposible. Como en las relaciones humanas, un conocimiento exhaustivo de todo aquello que influye en la vida de una especie (o del espacio vital de una persona) es de suma importancia a la hora de asegurar su conservación a largo plazo.

REFERENCIAS

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Comprueba la evolución en tu propio cuerpo

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

¿QUÉ SON LAS ESTRUCTURAS VESTIGIALES?

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

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

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

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

¿POR QUÉ SON PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN?

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

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

ENCUENTRA TUS ÓRGANOS VESTIGIALES

LA MEMBRANA NICTITANTE

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

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

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

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

EL TUBÉRCULO DE DARWIN Y LOS MÚSCULOS DE LA OREJA

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

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

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

Músculos auriculares responsables del movimiento del pabellón auditivo. Fuente

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

MÚSCULO PALMAR LARGO

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

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

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

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

MUELAS DEL JUICIO

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

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

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

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

EL COXIS

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

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

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

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

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

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Situación del coxis. Foto: Mireia Querol Rovira

PEZONES SUPERNUMERARIOS (POLITELIA)

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

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

ENCUENTRA TUS REFLEJOS Y COMPORTAMIENTOS VESTIGIALES

EL REFLEJO DE PRENSIÓN PALMAR Y PLANTAR

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

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

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

LA PIEL DE GALLINA

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

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

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

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

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

REFERENCIAS