Simbiosis y evolución

Cada vez está más claro que las simbiosis han jugado un papel enorme en la evolución, produciendo cambios espectaculares en un periodo muy corto de tiempo. Las inesperadas quimeras surgidas de estas uniones han representado los saltos evolutivos más bruscos de la historia de la evolución (el más importante es la formación de la célula eucariótica). Los defensores más ardientes de estas ideas son Lynn Margulis (la científica que revivió la hipótesis de la endosimbiosis para el origen de mitocondrias y cloroplastos, aportando pruebas clave) y Dorion Sagan (el hijo de su marido, el gran divulgador Carl Sagan). En sus libros y artículos, muy bien escritos, analizan minuciosamente una multitud de casos. Aquí os pongo enlaces a varios de ellos:

- Planeta simbiótico

- Captando genomas

- Microcosmos

- Una revolución en la evolución

- Doña Bacteria y sus dos maridos y La sonrisa del gato (artículos aparecidos en la revista "Ciencias", de la Universidad Autónoma de México)

En sus escritos, Margulis y Sagan ponen énfasis en el hecho de que nosotros mismos podemos vivir sólo gracias al hecho de que establecemos simbiosis con multitud de microorganismos. Su número y variedad son ingentes, como muestra esta nota de Katherine Harmon en el último número de "Investigación y Ciencia":

"La piel alberga muchas bacterias. Más de las que se venía admitiendo. Los investigadores del nuevo Proyecto Microbioma Humano, de los Institutos Nacionales de Salud, secuenciaron los genes de muestras de piel de voluntarios sanos y encontraron bacterias de 19 filos diferentes y de 205 géneros, con más de 112.000 secuencias genéticas. Los estudios anteriores de cultivos en la piel suponían que un solo tipo de bacteria, el Staphylococcus, era el residente principal. Se quiere establecer el nivel normal de presencia bacteriana para tratar así mejor las enfermedades de la piel, como el acné o los eccemas, que pueden implicar un desequilibrio en las poblaciones de bacterias."

Nota aparte: otro mecanismo de evolución rápida es la especiación por hibridación, como se explica en el artículo "Híbridos: de su padre y de su madre". También lo es la transferencia horizontal de genes, muy extendida en procariotas, de la cual se están encontrando cada vez más ejemplos en eucariotas.

Las chapuzas de la evolución

Órganos vestigiales

La selección natural sólo puede actuar sobre estructuras ya presentes en los organismos, no actúa planificando el futuro a largo plazo y sólo puede optimizar sus diseños por el método de ensayo y error. Ello da lugar a que los organismos presenten muchas estructuras o comportamientos chapuceros y a que retengan vestigios de estructuras que en el pasado fueron funcionales pero que hoy no tienen ninguna función o una función residual o modificada.

Podemos observar algunos de estos apaños en "Las chapuzas de la evolución", una versión modificada de un artículo que escribí para la revista Muy Interesante (junio de 2.007). Al final de ese artículo he incluido enlaces a otros donde hay más chapuzas. Y podéis encontrar más en "Chapuzas a tutiplén" y en el artículo de Juli Peretó "Huellas del pasado en el metabolismo". La capacidad de la naturaleza de producir arreglos provisionales es ilimitada.

Galápagos

Cormorán no volador de las Galápagos (Phalacrocorax harrisi)

"Los seres humanos tenían entonces el cerebro mucho más grande que ahora, de modo que cualquier misterio podía seducirlos. En 1986 uno de esos misterios era cómo unas criaturas que no podían nadar grandes distancias habían llegado a las Islas Galápagos, un archipiélago de picos volcánicos al oeste de Guayaquil, separado del continente por un millar de kilómetros de aguas muy profundas, y muy frías, que venían del Antártico. Cuando los seres humanos descubrieron estas islas, ya había allí salamanquesas e iguanas, ratas de campo y lagartos gigantes, arañas, hormigas, escarabajos, garrapatas y ácaros, para no mencionar las enormes tortugas de tierra.
¿Qué medio de transporte habían utilizado?"

Así arranca la novela "Galápagos", del gran escritor estadounidense Kurt Vonnegut. ¡Qué suerte, haber encontrado una novela tan buena que tiene como trama una historia de evolución, en la que están presentes, en clave irónica, todos los iconos culturales en torno a la teoría de Darwin, y en la que los hechos biológicos tienen una gran importancia en el desarrollo argumental! Es una novela cínica, divertida, pesimista, lúcida, profunda, ácida... En ella se diseccionan sin piedad, como con el bisturí de un zoólogo, la naturaleza humana, los recovecos más secretos de la mente del hombre y de la mujer (que tienen motivaciones diferentes) y la absurda sociedad que hace la guerra y destruye el medio ambiente.

A mí, casi lo que más me ha subyugado de este libro es la original estrutura narrativa: constantemente se cuentan, junto a los hechos que ocurren, los que van a suceder en el futuro. Es una maravilla ir viendo el modo en que las profecías se van cumpliendo una a una y al final todo encaja perfectamente. Un recurso narrativo originalísimo es poner un asterisco a los nombres de los personajes que van a morir en el día que se está relatando, lo que introduce una gran tensión. Otro gran acierto es el personaje que narra la historia, alguien totalmente insospechado hasta el tramo final del libro. Además, Vonnegut se inventa una excusa perfecta para poder introducir citas de otros autores en el discurso de la novela.

Podéis saber qué les ha parecido este libro a Francisco José Súñer Iglesias y a Ceci.

La biología de un nuevo mundo

Los primeros exploradores europeos de América describieron una naturaleza casi totalmente exótica para ellos, por lo que no es de extrañar que sus relatos estén salpicados de asombros, comparaciones, pánicos, exageraciones, mentiras, confusiones y delirios. Aquí presento algunas de esas crónicas:

Bestiario de Indias (libro de Gonzalo Fernández de Oviedo)
Bestiario
“Este bestiario fue escrito en 1522 para informar a Carlos V de los animales nuevos de sus dominios. En 1988 podemos leer este mismo libro como si lo hubiera escrito un poeta para saber qué cosas vuelan y andan en su imaginación. Lo que sólo era verdad en otros tiempos, en los nuestros también puede ser ficción”.

Riquezas del Perú (libro del Inca Garcilaso de la Vega)

Riquezas
Fragmentos de las crónicas del Inca Garcilaso en los que habla del paisaje, las plantas, los animales y los minerales del imperio de los incas. El lenguaje es muy directo y descriptivo.

Historia natural, civil y geográfica de las naciones situadas en las riveras del río Orinoco (libro de José Gumilla)
historiaOrinoco
Una auténtica joya. Un libro de 1.741 de un misionero español que usa un lenguaje deliciosamente barroco y pintoresco para describir los animales. Como ejemplo, léase esta descripción de la anaconda: “El primer horrible serpentón, que se nos pone á la vista, por hallarse con gran freqüencia en aquellos Paises, es el buío, á quien llaman los Indios Jiraras aviofá, y otras Naciones y los Indios de Quito le llaman madre del agua, porque de ordinario vive en ella. Es disforme en el cuerpo, del tamaño de una viga de pino con corteza y todo: su longitud suele llegar á ocho varas: su grueso es correspondiente á la longitud, y su modo de andar es poco mas perceptible que el del puntero de los minutos de la muestra de un relox”... “el que sabe el alcance largo del pestilente vaho de su boca, pone en la fuga su mayor seguridad. Así que siente ruido, levanta la cabeza, y una ó dos varas de cuerpo, y al divisar la presa, sea leon, ternera, venado ú hombre, le dirige la puntería, y abriendo su terrible boca, le arroja un vaho tan ponzoñoso y eficáz, que le detiene, atonta, y vuelve inmóvil; le va atrayendo hasta dentro de su boca á paso lento, é indefectiblemente se le traga.”...“¡qué congoja! ¡qué sudores frios! ¡qué angustias fatales, no sufocarán el ánimo del pobre, que contra toda su voluntad se ve llevar á la tremenda boca de aquella bestia carnicera é insaciable monstruo!”.

Noticias americanas (libro de Antonio de Ulloa)
noticiasamericanas
Otra crónica de América, aunque ésta más escueta y moderada.

Historia natural y moral de las Indias (libro de José de Acosta)
historianaturalacosta
Uno de los primeros tratados sobre la naturaleza americana.

Descripción e historia del Paraguay y del Río de la Plata (libro de Félix de Azara)
descripción
Un importante libro de un gran naturalista, admirado por Darwin.

Apuntamientos para la historia natural de los cuadrúpedos del Paraguay y Río de la Plata. Volumen I (libro de Félix de Azara)

Apuntamientos

Descripción de la Patagonia y partes adyacentes (libro de Thomas Falkner)
Patagonia
Otro clásico de la exploración científica de América.

El viejo Asimov y la biología

Buenas. Hoy os facilito la lectura (o la relectura nostálgica) del inmodesto, parlanchín e ingenioso Asimov. A pesar de su formación como químico y bioquímico, Asimov dominó todo género de divulgación científica, entre ellas la biológica, demostrando una erudición admirable, gran claridad y una capacidad de síntesis prodigiosa. Rescato algunos de sus libros y artículos que hablan de biología. Ya están anticuados, pero podemos aprender de ellos aún muchos conceptos básicos y muchos datos curiosos. En "El electrón es zurdo", trata por ejemplo de la asimetría en las moléculas de la vida, de las propiedades que hacen del agua un compuesto tan adecuado para los organismos, y de las relaciones entre tamaño y vida. El artículo de este libro "Contracción increíble" habla sobre las bases científicas de su novela "Viaje Alucinante", en el que un submarino con personas dentro es miniaturizado para poder navegar por el interior del cuerpo humano y curar enfermedades. En "La tragedia de la Luna" hay artículos sobre microorganismos y la glándula tiroidea. "El código genético" es un libro escrito al poco de descifrarse las claves de la traducción de ácidos nucleicos en proteínas, por lo que es un interesante documento histórico. También os presento esta selección de artículos zoológicos suyos. Finalizo con una obra monumental, un repaso nada menos que a toda la biología conocida en su época, su "Introducción a la Ciencia. Volumen 2, Ciencias biológicas".

El arte de la seducción en los pinzones cebra

Pinzón cebra o diamante mandarín

Hoy me he encontrado con esta sorprendente noticia en BBC Ciencia (la he resumido y adaptado un poco):

“Una investigación publicada en Proceedings B, la revista de la Royal Society del Reino Unido, estudió las preferencias de pareja de hembras de diamante mandarín o pinzón cebra (Taeniopygia guttata), un ave paseriforme originaria de Australia muy popular, ya que se vende en las pajarerías de todo el mundo.

Su principal resultado es que: “las hembras de bajo nivel prefieren aparearse con machos de bajo nivel.” Descubrieron que las hembras de baja calidad (medida en sus características más importantes, como metabolismo, longevidad y atractivo) preferían el canto de machos de la misma baja calidad y también a los machos de bajo nivel en la jerarquía.

Los biólogos evolutivos pensaban que las hembras siempre optaban por los mejores machos disponibles, pero el estudio, dirigido por Marie-Jeanne Holveck, del Centro de Ecología Funcional y Evolutiva en Montpellier, Francia, demostró lo contrario.

Los investigadores lograron reproducir diamantes mandarín de alta y baja calidad simplemente cambiando el tamaño de la nidada en que las aves fueron puestas. Las parejas de calidad similar se reproducen de forma más rápida, produciendo huevos más rápido que las parejas de distinta calidad. Se supone que esto se debe principalmente a que dos individuos similares se aceptan más rápido.

Tal como explicó la investigadora a la BBC "en las nidadas más grandes hubo más competencia entre los polluelos". "Así que los grupos más grandes produjeron polluelos de menor calidad".
La doctora Holveck y su equipo estudiaron después la preferencia en machos de las crías hembras. La prueba fue llevada a cabo así porque las aves paseriformes cantan, y el canto es una señal reproductiva importante para las hembras.

"Las entrenamos en una jaula en la que debían picotear dos teclas, y cada vez que picoteaban una tecla ésta tocaba el canto de un macho" dice la investigadora. Una de las teclas tocaba el canto de un macho de alta calidad y la otra el canto de un macho de baja calidad.

"Creo que es una prueba poderosa, porque es la propia hembra la que nos dice qué es lo que desea escuchar" dice la doctora Holveck.

“Las hembras de baja calidad repetidamente picoteaban la tecla que tocaba el canto del macho de baja calidad, y viceversa”, agrega.

En la segunda parte del experimento, los investigadores descubrieron que las preferencias de los cantos "se traducían a la preferencia por el macho en vivo".

"Lo más sorprendente es que las hembras son capaces de reconocer la categoría a la que pertenecen. Y ahora queremos investigar más para saber cómo lo hacen", explica Holveck.

Por su parte, Joseph Tobias, zoólogo de la Universidad de Oxford, cree que el estudio es interesante.

"Aunque esto no echa por tierra a la teoría evolutiva, sí revela algunos cambios interesantes en las decisiones de reproducción".

"También plantea la fascinante posibilidad de que el ambiente en el que los individuos crecen influye fuertemente en sus preferencias de pareja cuando son adultos", expresa el investigador.”

(Nota aparte: entre las grajillas, un macho de alto rango puede escoger una hembra de rango inferior, pero lo contrario nunca sucede: un macho de bajo nivel nunca cortejará a una hembra de nivel superior. Esto lo cuenta Konrad Lorenz en un texto que recomiendo vivamente, el capítulo “Sempiternos camaradas”, de su libro El anillo del rey Salomón, en el que habla de las complejísimas relaciones sociales en las grajillas, con apartados absolutamente fascinantes acerca de las relaciones entre status social y elección de pareja. En realidad recomiendo todo el libro, que no tiene el menor desperdicio.)

No es casualidad que estos resultados hayan sido obtenidos en los pinzones cebra, ya que son utilizados habitualmente en investigaciones sobre conducta animal, debido a la facilidad con que se reproducen en cautividad. Se han publicado otros muchos resultados interesantes acerca de su vida reproductiva.

En una ocasión, unos investigadores de la Universidad de California reunieron dos grupos de hembras, el primero formado por aquellas que habían tenido pareja durante un tiempo, y el segundo por otras que no. Cada ejemplar fue colocado en una jaula equipada con tres altavoces dispuestos a cierta distancia uno del otro, de los cuales salían cantos de pinzones machos, unos de cortejo y otros carentes de esa finalidad, que entonan cuando no hay hembras presentes. A continuación, filmaron a las hembras con objeto de conocer cuánto tiempo pasaban junto a cada altavoz escuchando los cantos.

La primera conclusión fue que todas las hembras de ambos grupos pasaron más tiempo cerca de los altavoces que emitían canciones de cortejo.

Segunda conclusión: las hembras 'emparejadas' preferían los trinos que les sonaban familiares (habían sido entonados por sus compañeros), prueba de que la experiencia deja huella en el gusto musical de esas aves.

Tercera: las pájaras demostraron poseer un oído especial para los detalles de las canciones, pues eran especialmente sensibles al grado de variabilidad en el tono de las notas, evidenciando una mayor preferencia por los cantos de cortejo que menos pasaban de los agudos a los graves y viceversa.

Descubrieron además que los machos modulan su tonada cuando tienen el propósito de copular con una hembra o formar pareja. Se trata de una variación extremadamente sutil, no tanto en la clase de notas o en la melodía como en su duración, 'tempo' y modo de presentación. Cuando pretenden impresionar a una hembra cantan más rápido y en un tono más uniforme mientras danzan alrededor de ella.

Al analizar las canciones con un programa informático, resultó que en esas circunstancias los machos entonan canciones más estereotipadas porque las hembras las prefieren así. "Las preferencias de estas últimas modulan la conducta vocal de los machos a lo largo de la evolución", apunta Sara Woolley, una de las autoras del trabajo publicado en 'Plos Biology'.

A continuación, los expertos examinaron el cerebro de las hembras y encontraron dos áreas que intervienen en el reconocimiento de las canciones: una de ellas reacciona según se trate de canciones de cortejo o no; y la segunda según sean familiares o no.

Evidentemente, si eres un pinzón cebra macho (o también otro pájaro, o pez, o anfibio o reptil o ser humano), para poder aparearte debes “estar a la moda”, presentar los rasgos que una población de hembras considera atractivos en un momento determinado. La selección de estos rasgos es desbocada. Un macho que presente un carácter algo llamativo, puede atraer a algunas hembras. Los descendientes machos de estos cruces heredarán el rasgo atractivo del padre y las hijas, las preferencias de la madre, con lo que la selección de rasgos cada vez más llamativos se alimenta a sí misma. Los caracteres se desarrollan tanto que llegan a comprometer la supervivencia de los machos (colas desmesuradas, colores estridentes, etc.). Por otro lado, las hembras suelen ser influidas por las elecciones de otras. Una hembra siempre busca incrementar su descendencia futura, por medio de hijos irresistibles para otras hembras. Por ello, muchas eligen a machos a los que han visto aparearse con otras, sobre todo si éstas tienen experiencia.

Pero los gustos de las hembras son caprichosos. Nancy Burley, una anilladora que pretendía seguir los movimientos en el campo de los pinzones cebra, encontró que las anillas de colores vistosos en los machos eran un estímulo arrebatador para las hembras. Este fenómeno quizá se debe a que las anillas realzan las manchas naturales del pájaro. Los investigadores pudieron manipular así el atractivo de los machos. Encontraron que los menos atractivos se esforzaban más en los cuidados paternales, para compensar. Quizá lo más sorprendente de todo fue que los machos atractivos producían más hijos que hijas, lo que claramente les beneficiaba para propagar sus genes. Lo que es un completo misterio es cómo manipulan las aves la proporción de sexos de la descendencia.

Algunos artículos esclarecedores

He leído ahora varios lúcidos artículos que sacan a la luz algunos vicios de los biólogos. A veces, separan tajantemente a los organismos de su entorno. R. C. Lewontin argumenta convincentemente que esto no debe hacerse siempre, ya que ambos están ligados: el ambiente modifica al organismo, pero el organismo modifica también el ambiente. Este punto de vista está defendido vigorosamente en el artículo: "Genes, entorno y organismos", que está en el libro "Historias de la ciencia y el olvido", de varios autores.

R. C. Lewontin escribió, a principios de los ochenta del siglo XX, otro artículo en colaboración con Stephen Jay Gould: "La adaptación biológica", en el que critican el enfoque excesivamente adaptacionista de la mayoría de los biólogos. Parece que todo rasgo de los organismos debe ser adaptativo, excluyendo por principio otras explicaciones, como la influencia del azar, de las leyes físicas y químicas que contribuyen a dar forma a los organismos, de su modelo de desarrollo o de su historia evolutiva. Evidentemente Lewontin y Gould tienen razón, aunque los resultados de las últimas tres décadas sugieren que la selección natural es una criba muy exigente y que la mayoría de los rasgos sí tienen un significado adaptativo.

Otra discusión con mucha cola en la historia de la biología evolutiva ha sido el nivel al que opera la selección natural: a nivel de los individuos, de los genes, de los grupos, de las especies, etc. El consenso que se va obteniendo es que es capaz de actuar a todos los niveles, aunque a veces se ha exagerado o se ha negado la importancia de alguno de ellos. Un artículo interesante y reciente es: "Evolución "por el bien del grupo"", de David Sloan Wilson y Edward O. Wilson.