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Archive for the ‘Selección natural’ Category

Ciclo de Daphnia

Adapto una breve explicación que preparé para la asignatura de Genética de Poblaciones y Evolución que, pienso, es muy curiosa e interesante para demostrar la complejidad que se puede llegar a alcanzar mediante evolución.

daphnia

Fig. 1: Un ejemplar adulto de Daphnia visto al microscopio. | Fuente: Fritz Geller-Grimm

El ciclo del cladócero Daphnia es complejo. Tanto machos como hembras son diploides (2n), pero la determinación del sexo no es cromosómica, sino que depende de las condiciones ambientales. En condiciones normales, la población únicamente está formada por hembras que se reproducen por huevos partenogéneticos (producidos por mitosis, sin fecundar) que dan nuevas hembras. Sin embargo, en condiciones de estrés, las hembras van a producir huevos haploides (n) por meiosis y, a su vez, los huevos 2n que hay en el medio en vez de dar hembras, dan machos. Estos machos formarán esperma n por meiosis que fecundará los huevos n, dándose un huevos 2n (efidios) que entran en un estado de diapausa en el que pueden estar años hasta que lleguen condiciones benignas.

ciclo daphnia

Fig. 2: Ciclo de vida de Daphnia. | Fuente: Kimberly L. Schulz

Entonces, la fase vegetativa es asexual, mientras que la fase de resistencia se forma sexualmente. Una de las ventajas que le reporta este ciclo es que, en condiciones favorables, la población es capaz de incrementar su número enormemente y en poco tiempo. La otra es que, como las formas de resistencia tendrán cierto grado de variabilidad entre ellas, a partir del pool de huevos que existe en un lago procedente de distintas generaciones, la población tiene grandes probabilidades de volver a desarrollarse en una cantidad inmensa a partir de los individuos que tengan un genotipo que les permita estar adaptados de manera óptima según las condiciones específicas que se den en el momento. Seguramente en un mismo tiempo habrá varios “grupos” formados a partir de un mismo huevo, pero por competencia intraespecífica, solo unos cuantos tendrán el grado de adaptación al entorno suficiente como para desplazar a los peor adaptados rápidamente.

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Fig. 3: Efidio (izquierda) y juvenil (derecha) de Daphnia. | Fuente: S. Bandoni and H. MacIsaac

Existe, por tanto, una selección en cuanto a las condiciones del ambiente y los individuos de la población en las primeras generaciones que va a condicionar que solo los grupos que tienen una gran eficacia biológica en ese momento sean los que formen la población ya madura capaz de alcanzar esos tamaños poblacionales grandes.

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Cuando empecé a preparar contenido para este blog, este fue uno de los artículos que empecé a escribir, pero no lo he sacado hasta ahora porque me parece precipitado hablar de  malas conclusiones sin hablar de las correctas porque esto desmantelaría muy pronto la idea preconcebida que todos tenemos de que lo primero que se nos ocurre es lo cierto.

Con frecuencia tomamos como certezas hipótesis que no están demostradas bien porque parecen absolutamente obvias, bien porque no nos molestamos en pensar más (qué les voy a contar, si estamos cansados de oír a la “prensa rosa” o, lo que es peor, a los “pseudocientíficos”), pero la ciencia no marcha así, El método científico requiere que todas las evidencias sean inferidas a través de la experiencia que debe ser reproducible cuantas veces se desee.

Un buen ejemplo de esto lo encontramos en el oso polar (Ursus maritimus). Podemos decir que  el pelaje blanco de esta especie es un carácter derivado, pues es el único oso que lo posee y además de estar íntimamente emparentado con el oso pardo (Ursus arctos). Según lo cual no sería descabellado pensar que los osos polares, como adaptación a un medio predominantemente blanco, han ido desarrollando un pelaje cada vez más claro porque esto supone una ventaja al ser percibidos por su presas (frecuentemente focas) con menor frecuencia, aumentando así su eficacia biológica.

ursus maritumus

Fig. 1: El pelaje blanco del oso polar (Ursus maritimus) no tiene función de camuflaje. | Fuente: U.S. Fish and Wildlife Service

Entonces, para corroborar esto, es necesario encontrar distintas estrategias donde aproveche su camuflaje. Sin embargo, cuando se han observado sus métodos de caza, raramente utilizan hacen uso de su camuflaje, ya que suelen esperar a las focas en algún agujero sobre el hielo donde salen a respirar, o bien encuentran el refugio de su presa por el olfato para matarla aplastando su escondite. Por lo tanto, no podríamos concluir atribuyéndole dicha función de camuflaje, tendríamos que volver a plantear nuevas hipótesis hasta llegar a una demostrable.

No obstante, su pelaje tan especial debe de estar relacionado con el ambiente de alguna otra forma. Una de las hipótesis más extendida está relacionada con una mayor capacidad de conseguir calor absorbiendo todo el espectro de luz ultravioleta, pues el color de los osos polares es negro, no blanco en este espectro.

Como hemos mostrado, es relativamente fácil hacer hipótesis y montarnos nuestras propias historietas evolutivas. Aunque los contrastes experimentales pocas veces nos dan la razón a la primera, esta es una de las dificultades del estudio de la evolución.

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El sexo es una característica que presentan muchas especies y cuya gran ventaja evolutiva es el incremento de variabilidad, a costa de una disminución de la fecundidad. Normalmente distinguimos el sexo masculino del femenino, diferenciados principalmente por el tipo de gametos que generan: los espermatozoides son muchos y escasos en nutrientes; mientras que los óvulos pocos y ricos en nutrientes. Y precisamente como consecuencia de esta divergencia se originan intereses contrapuestos en el proceso reproductivo, donde las hembras ponen en juego mucha más energía (y, en definitiva, arriesgan más supervivencia) que los machos. Por esto, lo más común es que los machos sean menos selectivos e intenten aparearse el mayor número de veces; en contraste con las hembras. Sin embargo, esto genera, a su vez, un problema añadido entre los machos: si cada macho copula con más de una hembra y, como es habitual, existen el mismo número de individuos de distinto sexo, cada hembra se apareará con más de un macho, hecho que favorece estrategias que aseguren la paternidad como pueden ser la guarda de pareja o el ofrecimiento de regalos nupciales que compensan en mayor o menor medida el esfuerzo de la hembra.

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Fig. 1: En el ser humano los obsequios nupciales son muy comunes. Existen muchos casos de organismos que usan también esta estrategia, mejorando su eficacia biológica. | Autor: Chrys Omori

Las consecuencias de este razonamiento evolutivo originado principalmente por selección natural puede ser ejemplificado por el ortóptero Requena verticalis. Los machos traspasan a las hembras una especie de paquete llamado espermatóforo que está compuesto por una ampolla con esperma y a su vez por un espermatofilax con nutrientes que abre con la genitalia externa para alimentarse durante la transferencia de esperma, aumentando directamente la fecundidad de la hembra (también protege el eyaculado). Pero esto crea un conflicto adicional: la hembra intentará volver a aparearse porque la inversión que realiza es netamente menor, mientras que el macho lo evitará porque reduce su tasa de aparamiento (tarda varios días en formar el espermatóforo), debiendo asegurar la paternidad de la descendencia para que esta estrategia le sea rentable.

hembra comiendo espermatofilax

Fig. 2: Hembra de grillo mormón (Anabrus simplex) alimentándose del espermatofilax aportado por el macho. | Fuente: utoronto

Por este motivo, siguiendo al apareamiento, la hembra entra en un periodo no-receptivo que está directamente relacionado con la cantidad de eyaculado transferido. Sin embargo, la duración del periodo depende de su estado nutricional, sugiriendo un conflicto substancial sobre la tasa de reaperamiento. En el artículo de referencia [1] se muestra que la recepción del eyaculado es costosa para las hembras en el sentido de que reduce su longevidad, y que los nutrientes del espermatóforo no compensan esta desventaja.

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Fig. 3: Longevidad frente a supervivencia. Las hembras que copulan tres veces (línea azul) sobreviven menos que las que copulan una sola (línea verde). El consumo del espermatofilax no afecta a la longevidad (línea roja). | Fuente: Wedell et al. [1]

Las conclusiones que se alcanzan en el estudio sugieren que el conflicto de intereses sobre la tasa de apareamiento puede persistir y que los apareamientos pueden continuar siendo dañinos para las hembras aunque estos den alimentos a las hembras. Después de todo los regalos no son lo más importante en una pareja.


[1] Wedell N, Tregenza T, Simmons LW (2008) “Nuptial gifts fail to resolve a sexual conflict in an insect”. BMC Evolutionary Biology 8:204 | Enlace (Descarga gratuíta)

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Hace unos días visitemos con la asignatura de Suelos una finca experimental de cultivos subtropicales en Almuñécar. Distintas variedades de mangos, chirimoyos, nísperos y otros árboles traídos de diversos rincones del mundo eran estudiados para mejorar la producción y la sostenibilidad.

recolectando mangos

Fig. 1: Recolectando mangos (Mangifera indica) | Autor: B.navez

Una de las técnicas que los agricultores habían desarrollado para provocar la floración y, por tanto, la formación de fruto en cualquier época del año consistía fundamentalmente en la producción de alguna forma de estrés. Por ejemplo, a los chirimoyos (Annona cherimola) se les quitaba las 4 o 5 hojas más apicales de una rama mediante un gesto rápido, y exactamente a los 33 días la rama estaba florecida. La explicación que nos dieron fue que “los árboles detectan condiciones adversas y rápidamente empiezan a reproducirse, ya que de ello depende la supervivencia de la especie”.

Esta idea, a pesar de estar muy extendida, no es del todo correcta porque confunde la causa con el efecto. Me explico: la perpetuación de la especie no es el motivo por la que estas plantas comienzan a florecer ante una situación de riesgo, sino que es la consecuencia de que la evolución haya favorecido esta estrategia, y en la actualidad existan y podamos hablar de ellas. En la naturaleza, solo el ser humano tiene consciencia de la existencia de especies (que son, según el concepto biológico, poblaciones de individuos similares que pueden reproducirse entre sí dando descendencia fértil). La evolución no es un proceso que tienda a que las especies no se extingan (de hecho, este ha sido el destino del 99’99% de las especies que han existido), sino que como mucho es capaz de adaptar una población a un entorno. Por eso es una falacia que los organismos hagan algo “por el bien de la especie”. Y esto subyace de las características del propio mecanismo de selección natural, pues son individuos el objeto de la selección y la entidad que cambia no es otra que poblaciones (no necesariamente las especies).

Este es un ejemplo típico de errores arraigados en la sociedad, para los cuales es saludable discutir y corregir: esta quiero que sea una de las contribuciones a los demás de este blog.

Más información | Wikipedia, SESBE (Especiación: modos y mecanismos)

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Ni que decir tiene que en las islas la evolución tiene efectos muy curiosos, principalmente, por lo difícil de llegar y el aislamiento reproductivo.

Un ejemplo muy curioso de este hecho lo encontramos en un insecto ortóptero (pariente cercano de los grillos y saltamontes que todos conocemos), el grillo weta de Nueva Zelanda. La ausencia de grandes organismos con hábitos subterráneos (como son los mamíferos), ha favorecido la evolución de este bicho hasta ocupar el citado nicho ecológico. Estamos frente a un caso de convergencia adaptativa, es decir, ante similares condiciones de vida, son beneficiadas similares adaptaciones. De este modo, podríamos explicar la incapacidad de volar y el gran tamaño que presenta Deinacrida rugosa; de hecho, es el ortóptero de mayor envergadura que existe (pesa unos 20 gramos).

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Fig. 1: Grillo weta (Deinacrida rugosa), hembra a la izquierda y macho con trasmisor a la derecha | Fuente: American Naturalist © (1)

Sin embargo, cuando tenemos ejemplares de distintos sexos, observamos que las hembras son aproximadamente el doble de grandes que los machos.  Este dimorfismo sexual nos hace pensar que existe selección sexual, donde se pueden dar  principalmente tres casos (1):  que las hembras de mayor tamaño tengan más o mejor descendencia, que los machos pequeños puedan exhibirse mejor o puedan desplazarse hacia más hembras, o bien que ocurran ambas cosas.

En este artículo se ha hecho un estudio en la isla Maud (Nueva Zelanda), donde Deinacrida rugosa no tiene depredadores como pueden ser los rodedores. Además, los machos de esta especie suelen copular varias veces en refugios durante el día y buscar nuevas parejas por la noche. Se ha investigado la movilidad de los machos para verificar si existe seleccioón sexual según este parámetro. Para ello, se capturaron machos, se midió sus cuerpo y patas, además de colocarles un radiotransmisor como se observa en la figura 1. Se observó que los machos recorrían una distancia de 90 metros (lo que equivaldría a unos 7000 metros en la especie humana). Después se determinaba la cantidad de esperma que transferían a las hembras contando los paquetes de esperma (espermatóforos) vacíos.

Así, se vio que los machos adultos con patas largas y cuerpos pequeños viajaron más lejos y tuvieron más éxito de inseminación, es decir, transmitieron sus genes con más frecuencia (tuvieron más eficacia biológica). Este mecanismo es un ejemplo poco observado de la ventaja que resulta de ser más pequeño que la hembra. Todos alguna vez hemos recorrido kilómetros para ver a nuestra pareja, después de todo no somos tan distintos.


(1) Kelly CD, Bussière LF, Gwynne DT (2008) “Sexual Selection for Male Mobility in a Giant Insect with Female-Biased Size Dimorphism”. The American Naturalist 172: 417–423 | Enlace

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Todos tenemos frases o locuciones que repetimos en determinadas situaciones, porque expresan de manera directa y pegadiza una idea que para nosotros es muy importante.

Estamos hechos de evolución, suelo decir cuando hablo de evolución humana. Y, aunque la evolución biológica hoy día está “tamponada” (especialmente por los avances en medicina que disfrutamos en los países desarrollados), sí es cierto que cada característica de todas nuestras células y las partes que conforman son consecuencia de los acontecimientos que hemos sufrido desde un antecesor común a todos los seres vivos hace 3.800 millones de años.

Uno de los hechos que son reflejo de este pensamiento lo podemos observar en nuestro ordenador. La creación de entornos gráficos con ventanas y botones supuso una gran revolución en los PC’s, de hecho en la actualidad, la gran parte de nosotros usamos un sistema operativo con una de estas interfaces. Observen la figura 1.

botones borrosos

Fig. 1: Dos botones extraídos del tema Crux en Ubuntu 8.04. Lo primero que nos parece a la mayoría es que el botón de la izquierda no está pulsado, mientras que el de la derecha sí lo está. | Fuente: EvoVagariO

En efecto, esto es una ilusión óptica y como mi objetivo es instruir (no crear interés por no contarlo todo), aquí abajo podréis ver la imagen nítida.
botones nitidos

Fig. 2: Sin embargo, lo que en la fig. 1 parecían dos botones distintos, en realidad se trata del mismo botón en posición normal e invertida, respectivamente. | Fuente: EvoVagariO

Entonces, ¿cuál es la explicación? Ninguno de los dos estados del botón es tridimensional, aunque nuestro cerebro interpreta que un objeto bidimensional es cóncavo si la sombra queda acentuada en la parte inferior y convexo cuando la sombra aparece en el lado superior. El cerebro distorsiona la verdad, pero esta es una inferencia inteligente, pues prácticamente en toda la historia evolutiva del hombre, la única fuente de luz provenía del sol, desde arriba. Por tanto, aquello que sobresale se ilumina por arriba, mientras que lo que las oquedades se iluminan por abajo.

concavo o convexo

Fig. 3: ¿Cóncavo o convexo? Todo depende de cómo se mire | Fuente: Potato Benevolence

El cerebro está continuamente haciendo suposiciones, pero suposiciones bajo una base lógica y, como toda lógica en la vida, es causada principalmente por un proceso inherente a ella que denominamos selección natural.

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Hombre y mujer
Fuente: Paradox

La homosexualidad es un tema que ha dado mucho que hablar. La gente de ideales más conservadores atribuyen en su contra una infundada antinaturalidad; no sé a qué se refieren con esto, tal vez se refieren a que es una especie de moda o algo únicamente ambiental. Los progresistas se fijan más en el factor humano, en la igualdad de derechos, para ponerse a favor; más un sentimiento que una razón lógica.

En verdad ninguna postura tiene en cuenta las ideas que la ciencia puede aportar. La homosexualidad está determinada tanto por el ambiente como por los genes. Se presenta en todas las poblaciones humanas en todas las épocas históricas, por lo que tiene que estar influenciada por factores hereditarios (en caso contrario, no se hubiera mantenido). Además se encuentra bien bien documentada la componente genética que determina la homosexualidad en el género masculino (no así en el femenino), consistente en unos genes denominados en su conjunto GFMH (del inglés Genetic Factors for Male Homosexualitiy). El efecto de estos para el hombre que los posee es una atracción hacia individuos del mismo sexo, lo que en el cerebro masculino se traduce como una simetría inusual en el hombre pero común en las mujeres (1).

¿No notan nada raro? Vale, existe una serie de genes que en buena medida junto con el ambiente generan una determinada conducta, pero por qué estos genes se mantienen en frecuencias bajas y estables a pesar de reducir significativamente el número de descendientes que estas personas pueden tener. O, dicho de otro modo, qué hace la selección natural que no elimina estos genes que tanto reducen la eficacia biológica de sus portadores.

Lo que aparenta ser una paradoja darwiniana se resuelve mostrando nuestra atención hacia el otro género (para algo puse la foto de arriba). Un trabajo publicado en PLoS ONE (2) plantea modelos de genética de poblaciones para esclarecer el problema, llegando a la conclusión de que el modelo que mejor se ajusta es el que considera el antagonismo sexual, es decir, que los efectos en la eficacia biológica son contrapuestos en cada sexo.

Las mujeres también portan y expresan estos genes, pero la manifestación en ellas no es la homosexualidad, sino un incremento de la fertilidad. ¡Ahora lo entiendo todo! En el hombre estos genes están seleccionados negativamente; sin embargo, en mujeres ocurre lo contrario. Así explicamos la evolución de este comportamiento y cómo los genes que lo determinan en parte se mantengan en frecuencias pequeñas pero estables.

La evolución tiene muchas aplicaciones en la vida real y éste es un caso de lo que esta disciplina puede aportar a la sociedad, por ejemplo, resolviendo problemas de tolerancia.


(1) Sorprendentes semenjanzas. La lógica del titiritero | Enlace

(2) Camperio Ciani A, Cermelli P, Zanzotto G (2008) Sexually Antagonistic Selection in Human Male Homosexuality. PLoS ONE 3(6): e2282 doi:10.1371/journal.pone.0002282 | Enlace

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