sábado, 18 de noviembre de 2017

Hongos alienígenas y hormigas zombis

Ophiocordyceps unilateralis emerge por la cabeza de una hormiga carpintera. Foto David P. Hughes.
Para encontrar los ejemplos más siniestros de control mental no hay que acudir a la ciencia ficción. Vete a una selva tropical. Busca una hoja que cuelgue a unos 25 centímetros sobre el suelo, ni más ni menos. Mira en el envés. Si tienes suerte, es posible que encuentres una hormiga aferrada al nervio central de la hoja apretando las mandíbulas. La hormiga ya está muerta, pero su cuerpo pertenece a Ophiocordyceps unilateralis, el hongo de las hormigas zombis.
Parece una mezcla de horror y de ciencia ficción: hormigas que viven en las copas de los árboles son invadidas por un hongo parásito que las hace comportarse como si fueran zombis antes de matarlas y salir de ellas, como Alien del cuerpo del navegante Kane en la película original de Ridley Scott. No es un fenómeno nuevo. Se cree que sucede desde hace por lo menos 48 millones de años y ya en 1850 el naturalista británico Alfred Russel Wallace lo había observado en Indonesia. Pero no se sabía a ciencia cierta cómo sucedía.
Acaba de descubrirse que el hongo que crece en las cabezas de las hormigas carpinteras (Camponotus castaneus) secuestra el cuerpo del insecto sin tocar su cerebro. Las esporas del hongo se infiltran en el torrente sanguíneo de una hormiga y luego invaden sus músculos, fusionándose para formar redes manipuladoras que convierten a la hormiga en una marioneta obligada a cumplir sus órdenes.
Algunos microrganismos parásitos han desarrollado la capacidad de manipular de forma adaptativa el comportamiento de los animales que infectan. Algunos ejemplos son los tripanosomas unicelulares (clase Kinetoplastida) que alteran la composición salivar y el comportamiento de alimentación de las moscas tsetsé, lo que aumenta la transmisión del parásito en los huéspedes mamíferos, y el bien estudiado Toxoplasma gondii, un protozoo causante de la toxoplasmosis que hace que el roedor en el que se hospeda pierda su miedo innato a los gatos, lo que permite que el parásito se transmita al gato en cuyo interior se reproduce.
En cada uno de estos casos, el comportamiento del hospedante alterado se convierte en la expresión fenotípica de los parásitos, es decir en una manifestación visible del genotipo de estos. ¿Cómo hacen estos microorganismos, que son mucho más pequeños que sus huéspedes, para controlar su comportamiento de modo tan espectacular? Los investigadores piensan que el hongo desconecta los músculos de la hormiga de su cerebro para dominar el cuerpo a su antojo.
Foto de David Hughes
Para comprender mejor cómo uno de esos parásitos controla el comportamiento de un animal que lo supera en tamaño y complejidad estructural, un equipo de investigación encabezado por David Hughes, profesor de entomología en Pennsylvania State University, examinó las interacciones a nivel celular entre el hongo O. unilateralis y la hormiga C. castaneus en un momento crucial en el ciclo de vida del parásito, que tiene lugar cuando el huésped manipulado se fija permanentemente a un sustrato mediante sus mandíbulas. Se sabía que el hongo secreta metabolitos específicos, causa cambios en la expresión génica del huésped y atrofia los músculos mandibulares de la hormiga hospedadora, pero no se sabía cómo coordina estos efectos para manipular el comportamiento de su hospedante.
El grupo de investigación ha combinado las técnicas de microscopía electrónica de barrido en serie con algoritmos basados en la segmentación de imágenes para analizar la distribución, abundancia e interacciones del hongo dentro del cuerpo de su huésped. En un estudio publicado esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences han desvelado que encontraron células fúngicas en todo el cuerpo del huésped, pero no en el cerebro, lo que implica que el control del comportamiento del cuerpo del animal por el hongo se produce periféricamente. Además, las células fúngicas invadieron las fibras musculares del huésped y se unieron para formar redes que rodeaban los músculos. Estas redes pueden representar un comportamiento de búsqueda colectiva de este parásito, que a su vez puede facilitar la manipulación del huésped.
Los hongos atacan por dos frentes (Figura 1). Por una parte, se alimentan de las hormigas infectadas y, por otra, controlan su sistema nervioso central y sus músculos. Una vez infectadas, las hormigas comienzan a caminar de forma errática y tienen convulsiones. Torpemente, trepan hasta lograr aferrarse a la vena principal del envés una hoja mordiendo con sus mandíbulas con tal potencia que no se pueden separar, ni después de muertas, de ella. Con esta estrategia, el hongo las obliga a permanecer en el sotobosque, donde las condiciones más frescas le permiten desarrollarse mejor.  Mientras tanto, el hongo continúa creciendo dentro de las hormigas durante unos días, hasta que, un mediodía, cuando el sol está más fuerte, comienza a salir por la cabeza de la hormiga y crece durante unas tres semanas hasta formar un esporangio terminal de apariencia bulbosa. Cuando alcanza su tamaño ideal, libera las esporas con el fin de infectar a otras hormigas que se encuentren en la zona. Como la hormiga generalmente trepa a una hoja situada sobre los senderos de alimentación de su colonia, las esporas del hongo caen sobre sus hermanas a las que “zombificarán”.
Figura 1. Fuente.
El equipo de Hughes preparó secciones de solo 50 nanómetros de grosor, una milésima del ancho de un cabello humano, tomadas de hormigas infestadas. Luego usaron un microscopio con el que escanearon cada sección, reunieron las imágenes en un modelo tridimensional y anotaron minuciosamente qué bits eran partes de la hormiga y cuáles de hongos. Lo que pudieron observar es que cuando el hongo ingresa por primera vez en su hospedante, aparece como células individuales que, replicándose continuamente por mitosis, flotan alrededor del torrente sanguíneo de la hormiga. En algún momento, las imágenes mostraban que las células individuales comenzaban a asociarse conectándose entre sí mediante tubos cortos. Unidos de esta manera, pueden comunicarse e intercambiar nutrientes.
También pueden comenzar a invadir los músculos de la hormiga, ya sea penetrando las células musculares ellos mismos o creciendo en los espacios entre ellos. El resultado es lo que puedes ver en este video: una fibra muscular roja, rodeada y drenada por una red de células fúngicas amarillas interconectadas (Figura 2). Esto es algo exclusivo de Ophiocordyceps. El equipo de Hughes descubrió que otro hongo parásito, que infecta mortalmente a las hormigas, pero no manipula su comportamiento, también se propaga a los músculos, pero ni forma tubos entre las células individuales, ni se conecta a sí mismo en redes grandes.
Figura 2. Reconstrucciones tridimensionales de las redes fúngicas que rodean las fibras musculares. (A) Una fibra única de un músculo aductor de la mandíbula (rojo) rodeado por 25 cuerpos de hifas conectadas (amarillo). Las conexiones entre las células son visibles como tubos cortos, y muchas células tienen hifas creciendo desde sus extremos. Algunas de estas hifas han crecido a lo largo y en paralelo a la fibra muscular (punta de flecha en recuadro). Véase también esta película. (B) Dos proyecciones diferentes de una reconstrucción en 3D que muestra varias fibras musculares (azul) y cuerpos de hifas fúngicas (rojo) de la misma área que se ve en A. Fuente.
Cuando se contempla al hongo emergiendo de la cabeza de una hormiga, uno inmediatamente lo contempla como un organismo único capaz de corromper a su hospedante. Pero viso el trabajo de Hughes y sus colegas, también se podría pensar en el parásito como una colonia, igual que las hormigas que ataca. Las células microscópicas individuales comienzan la vida aisladas, pero finalmente llegan a cooperar, fusionándose en un superorganismo. Juntas, estas células sin cerebro pueden apoderarse del cerebro de una criatura mucho más grande.
Sorprendentemente, pueden hacerlo sin tocar físicamente el cerebro en sí (Figura 3). El equipo de Hughes descubrió que las células fúngicas se infiltran en todo el cuerpo de la hormiga, incluida su cabeza, pero dejan su cerebro intacto. Hay otros parásitos que manipulan a sus huéspedes sin destruir sus cerebros, como hace el trematodo Euhaplorchis californiensis, que forma una capa alrededor del cerebro de un pececillo californiano (Fundulus parvipinnis), dejándolo aparentemente intacto pero obligándolo a comportarse erráticamente hasta que llama la atención de las aves piscívoras, que serán las siguientes víctimas en cuyo interior se reproducirá el trematodo.
Figura 3. Evaluación de la invasión fúngica del cerebro. Imágenes confocales que demuestran la restricción de la invasión de hongos en el cerebro. El cerebro del huésped se identifica por inmunofluorescencia de las sinapsis neuronales (verde), mientras que las células fúngicas y las tráqueas del huésped se tiñen con calcofluor blanco (rojo, antichitina). (A) Porción del cuerpo de hongo (verde) en el cerebro de una hormiga no infectada (control), aumento de 156x. (Barra de escala, 10 μm). (B) Porción del lóbulo óptico (verde) en el cerebro de una hormiga infectada manipulada desde el punto de vista conductual, aumento de 60 ×. (Barra de escala, 20 μm). Las flechas señalan cuerpos de hifas de hongos (rojos), identificados por su estructura corta en forma de varilla y la presencia de tabiques. Las puntas de flecha denotan tráqueas (rojas), localizadas dentro del cerebro (verde), e identificadas por su estructura larga y filamentosa y la falta de tabiques. Véase la restricción de los cuerpos de células fúngicas a fuera del cerebro. (C) Ampliación (96 aumentos) de la región de interés indicada en B. (Barra de escala, 20 μm). Si bien la presencia de tráqueas dentro del cerebro es evidente (puntas de flecha), no hay detección de cuerpos de hifas fúngicas (flechas) dentro del cerebro. Fuente.
Pensando un poco y contemplando el ciclo vital completo, quizás estas estrategias tengan sentido. Si los parásitos simplemente invadieran y destruyeran el tejido neuronal, los comportamientos de los hospedantes manipulados no resultarían tan convincentes como son y los parásitos no podrían encontrar un segundo hospedante en el que reproducirse. Lo que probablemente sucede es que el hongo secreta una amplia gama de sustancias químicas que podrían influir en el cerebro sin dañarlo.
Así que lo que tenemos es un ataque de un tipo singularmente malévolo. Las fuerzas enemigas invaden el cuerpo de su desdichado anfitrión y lo usan como un intercomunicador para colaborar entre sí e influenciar el cerebro desde lejos. Hughes cree que el hongo también podría ejercer un control más directo sobre los músculos de la hormiga, para manipularlos literalmente «como un titiritero controla una marioneta». Una vez que avanza la infección, las neuronas de la hormiga, las que permiten que el cerebro controle los músculos, comienzan a morir y el hongo toma el mando. Aísla las extremidades de la hormiga de su cerebro y se inserta en su lugar, liberando sustancias químicas que obligan a los músculos a contraerse.
Si eso es así, la hormiga termina su vida como prisionera de su propio cuerpo. Su cerebro todavía está en el asiento del piloto, pero el hongo tiene el volante. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

domingo, 12 de noviembre de 2017

La ballena de los vascos se enfrenta a la extinción

Ballena franca de los vascos (Eubalaena glacialis). Fuente.

En una triste pirueta de la fortuna, la ballena franca del Atlántico Norte está seriamente amenazada otra vez después de recuperarse en las últimas décadas de siglos de caza que la habían dejado al borde de la extinción. Las tendencias recientes de la población son tan graves que los expertos predicen que la ballena podría desaparecer en veinte años, convirtiéndose en la primera gran ballena en extinguirse en los tiempos modernos después de que la Comisión Ballenera Internacional hubiera prohibido cazarla.

Verano de 1946. Apenas ha pasado un año desde el fin de la Segunda Guerra Mundial. Inglaterra tiene que reconstruir un país castigado por los bombardeos, recuperar el pulso económico y alimentar a la población. Todo esfuerzo era poco. Si algo habían desarrollado durante la guerra era la tecnología bélica y el Gobierno decidió aplicarla a otros fines. En junio de 1946 envió barcos equipados con detectores sónicos desarrollados para combatir a los submarinos alemanes a la caza de ballenas.

El Balaena listo para zarpar en 1946. Fuente.

El 10 de mayo de 1948 el ballenero Balaena regresó al puerto de Southampton después de una excelente temporada de caza. Su tripulación –setenta británicos y quinientos noruegos- no había perdido el tiempo: en las bodegas estaba estibado todo lo aprovechable de las 3.000 ballenas que habían capturado en aguas del Atlántico Norte. Esa despensa contribuyó mucho a la economía nacional: 4.500 toneladas de carne, 163.000 barriles de aceite comestible (destinado a fabricar margarina), 10.000 barriles de espermaceti, 170 toneladas de extracto de carne y otras 3.000 de carne que habría de servir para elaborar piensos para el ganado.

Ese dato, que quedaría empequeñecido si los japoneses –que con ayuda de los Estados Unidos habían reconvertido lo que quedaba de su flota de guerra en balleneros- los rusos y los noruegos hubieran ofrecido cifras detalladas de sus capturas, pueden darnos una idea de la masacre cometida contra las ballenas en todos los mares del mundo. Esa caza masiva se llevó a cabo años después de que el auge de la industria ballenera de la segunda mitad del siglo XIX y las primeras del XX hubieran esquilmado la mayoría de las poblaciones de cetáceos desde el Antártico a los Mares del Sur.

La aplicación de la tecnología bélica a la caza de ballenas supuso una eficacia que nunca pudieron soñar los balleneros que arponeaban el siglo anterior. En 1951, cien años después de que Melville publicara Moby Dick, murieron más ballenas en todo el mundo de las que cazaron los balleneros de New Bedford (el emporio ballenero estadounidense) en un siglo y medio. Entre las especies que quedaron al borde la extinción estaba la ballena franca glacial, Eubalaena glacialis.

Fuente.

La ballena glacial, del Atlántico Norte, de los vascos o ballena franca, llamada así por los balleneros del siglo XVIII porque era fácil de cazar y rica en la codiciada y valiosa grasa de ballena, un cetáceo que supera los 16 metros y alcanza las 70 toneladas) es una de las tres especies de ballena franca. Endémica de la costa este de Norteamérica, se reproduce en invierno en las aguas de Florida y migra hacia aguas de alimentación veraniegas frente a Nueva Inglaterra y el noreste de Canadá. Su hábitat, muy accesible a la comunidad científica, la ha convertido en una de las grandes ballenas mejor estudiadas. Pero su área de distribución también se encuentra en uno de los tramos de océanos más industrializados del mundo, atestado de amenazas que incluyen enormes buques de cabotaje y pasajeros, pesqueros industriales e infraestructuras energéticas.

En las últimas décadas, el número de ballenas francas parecía ir recuperándose lentamente, de aproximadamente trescientas a quinientas. Pero desde el congreso bienal de la Society for Marine Mammalogy, cuyo libro de resúmenes puede obtenerse en este enlace, celebrado en Halifax la semana del 22 al 27 de octubre, llegan muy malas noticias sobre el freno a la recuperación de la especie. En esa reunión, de la que me ocupé en esta entrada, los expertos en ballenas informaron que actualmente sobreviven unas cien hembras reproductoras maduras, pero las supervivientes o no viven lo suficiente o no se reproducen lo bastante rápido como para que la especie tenga oportunidades de sobrevivir. Los impactos contra los grandes buques han sido una amenaza durante mucho tiempo, pero los gobiernos ayudaron a su recuperación adoptando medidas para prevenir los impactos como la imposición de límites de velocidad, el desvío de los más grandes en algunas aguas y la instalación de sensores que avisan a los buques cuando las ballenas están cerca.

Vean esta colección de fotos.

Resuelto ese problema, la gran amenaza está hora en el fatal enredamiento de los animales en las artes de pesca comerciales, que se está cobrando cada vez más víctimas y representa un riesgo cada vez mayor debido al aumento de la pesca en las áreas donde se alimentan las ballenas. Los investigadores han descubierto que incluso cuando una hembra enredada no muere, arrastrar cuerdas, boyas o nasas la agotan de tal modo que la probabilidad de que se reproduzca disminuye enormemente.

Los investigadores, encabezados por la bióloga marina Julie van der Hoop, han concluido que alrededor de cincuenta ballenas francas se enredan cada año y que alrededor del 83% de todas las ballenas han resultado atrapadas al menos una vez. A menudo, las ballenas enredadas se ahogan o mueren de hambre o heridas; en general, el 58% de las muertes de ballenas francas desde 2009 se debieron a enredamientos, más del doble (25%) de las registradas entre 2000 y 2008.

Aunque no lleguen a morir, las ballenas enredadas pueden sufren un gran estrés fisiológico. En su ponencia, van der Hoop contó la historia de un macho llamado Ruffian que, en algún momento entre agosto de 2016 y enero de 2017, se enredó en una trampa para cangrejos en las costas de Canadá. Arrastró 138 metros de cuerda y una trampa de 61 kilos hasta Florida, donde lo liberaron. Calcularon que la carga de Ruffian supuso que consumiera 27.000 calorías adicionales al día durante su viaje, lo que explicaría por qué estaba escuálido cuando lo desenredaron.

Ruffian sobrevivió, pero su experiencia se ajusta a los datos que Van der Hoop y sus colegas publicaron en 2016 en la revista Ecology and Evolution. Al medir el grosor de la capa de grasa en ballenas francas muertas, enredadas y no enredadas, descubrieron que las ballenas jóvenes enredadas pierden un promedio del 50% de su grasa, mientras que los adultos enredados pierden alrededor del 17%. La energía perdida se aproxima a la cantidad que una ballena necesita para su migración anual; para compensar esas pérdidas, necesitaría alimentarse una o dos horas adicionales por día. En las hembras, Van der Hoop cree que el estrés está contribuyendo a intervalos más prolongados entre paro y parto.

Starboard, una hembra de ballena franca, murió en la costa de Canadá después de arrastrar nasas de cangrejo durante días. Foto: NOAA/NEFSC/PETER DULEY

Las muertes y la merma reproductiva se han conjugado para revertir las tendencias positivas de recuperación de una población que alcanzó un máximo de 483 en 2010, incluidas 200 hembras. Hoy en día, la población general ha disminuido ligeramente, hasta 450, pero mueren más hembras que machos, posiblemente porque la reproducción las debilita y las hace menos resistentes a otros impactos. Para empeorar las cosas, las hembras tienen crías cada nueve años o más, en comparación con el intervalo de tres años que se registraba en la década de 1980. Eso está provocando que la población en general disminuya.

Las redes no serán fáciles de eliminar. Las soluciones tecnológicas, incluido el uso de cuerdas más débiles para las nasas de langosta y cangrejo que permitirían la liberación de ballenas, o el uso de nasas controladas electrónicamente que no requieren redes, serían costosas y difíciles de implantar. Como en tantos otros casos, nadie quiere ver cómo se extingue la ballena franca, pero las consideraciones económicas se imponen a menos que la opinión pública presione para que los gobiernos intervengan.

Pero no hay mucho tiempo para actuar, porque al ritmo con el que disminuye la población se dispone de años, y no de décadas, para solucionar el problema. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.


Lecturas de ampliación (1, 2, 3, 4, 5, 6).

sábado, 11 de noviembre de 2017

Cambio climático: Alemania y China toman las riendas

Para asaltar con éxito la trinchera de la lucha contra el cambio climático, la segunda semana de noviembre de 2014 fue una buena semana para el planeta: Estados Unidos y China desvelaron un acuerdo en el marco del Foro de Cooperación Económica Asia-Pacífico (APEC) por el cual se planificó una marcha atrás en la contaminación de los gases de invernadero (GEI) entre los años 2025 y 2030. La importancia excepcional de aquel acuerdo derivaba del hecho de que era la primera vez que China, la segunda economía del mundo por el volumen de su PIB, se comprometía a una reducción de sus GEI. Entre Estados Unidos (todavía la primera potencia) y China son responsables de cerca de la mitad (el 45% del total) de las emisiones totales de dióxido de carbono, que es, junto con el metano, el principal de los GEI.
De hecho, la base del Acuerdo de París 2015 se basó en gran medida en la cooperación entre los Estados Unidos y China en materia de energía limpia y reducción de emisiones. Aunque desde la conferencia de Bonn están llegando indicios de que los negociadores estadounidenses hacen como si no se hubieran enterado de la posición de Trump, ahora que Estados Unidos ha anunciado su retirada del Acuerdo, ¿quién lo reemplazará? Antes de la conferencia de Bonn, que se cerrará la próxima semana, la atención se centra en Alemania para cubrir la vacante y parece que existe un terreno sólido sobre el cual chinos y alemanes pueden colaborar para mostrarle al mundo una imagen positiva de una transición energética baja en carbono. Si trabajan juntos en energías renovables, en sistemas de transporte sostenibles y otras políticas eficaces, ambas naciones podrían animar el escenario global que conduce a bajas emisiones de carbono.
Hace una década, Alemania y la Unión Europea (UE) invirtieron mucho en energía eólica y solar. Ese impulso cambió el rumbo de las energías renovables a nivel mundial, poniendo a la energía eólica y solar al frente de la tendencia principal en el sector eléctrico. Hoy, China está trabajando activamente para promover nuevas tecnologías y avanzar en su transición energética. El entorno político en China es ahora mucho más favorable para desarrollar vías bajas en carbono basadas en energías renovables. La nueva capacidad instalada de generación de energía solar y eólica en China ha ido aumentando anualmente y hoy representa más del 40% del total mundial. Alemania, que estuvo en la vanguardia de la transición energética (Energiewende), ahora corre el peligro de quedarse atrás.

El sector del transporte ofrece excelentes oportunidades para cooperar en la descarbonización. Alemania ha prometido recortes de emisiones de alrededor del 40% en el sector para 2030. Sin embargo, las emisiones de transporte de Alemania son ligeramente más altas que en 1990, y a los vehículos eléctricos les está costando más de lo previsto emerger en el sector. Mientras tanto, China ha establecido una cuota para vehículos eléctricos y está considerando la prohibición de los automóviles con motor de combustión. Esas medidas presionan a Alemania para que fabrique vehículos eléctricos para el mercado chino. China es líder en la fabricación de baterías y también está desarrollando tecnología de pilas de combustible de hidrógeno para vehículos o aviones, otra área propicia para la cooperación. Aún más cruciales son los conceptos de movilidad alternativa; la cooperación mutua sobre ciudades inteligentes, incluido el uso compartido de bicicletas (un modelo en el que China es líder), o sobre el sistema de transporte público (Alemania ostenta el liderazgo en este campo), que ofrecen más oportunidades de cooperación.
Pero la transición baja en carbono es más que tecnología. Instrumentos políticos como el establecimiento de precios para las emisiones de carbono, los modelos de apoyo a la energía renovable y las medidas de eficiencia energética no solo orientarían las inversiones en la dirección correcta, sino que también cambiarían el comportamiento del consumidor. Ambos países, junto con la UE, tienen una rica experiencia en políticas climáticas, y ya está establecida la cooperación para intercambiar experiencias de comercio de emisiones. Para hacer visible a nivel mundial sus respectivos avances, la investigación conjunta sobre la evaluación sistemática ex post de estas políticas ayudaría a ambos países a comprender mejor las oportunidades y los obstáculos para llevar a cabo medidas específicas. Eso requiere que los datos sobre las emisiones se recopilen y notifiquen de forma transparente. Por eso mismo, un camino muy prometedor sería que ambos emprendieran una iniciativa conjunta para recopilar datos y desarrollar indicadores que podrían ayudar a los investigadores de todo el mundo a evaluar qué instrumentos han funcionado y cuáles podrían funcionar en otros países.
No faltan las disputas entre ambos países, por ejemplo, sobre cuestiones comerciales y de competencia en los mismos mercados. Sin embargo, en general, una cooperación chino-alemana más sólida en la transición hacia las bajas emisiones de carbono podría no solo ayudar a la Energiewende de Alemania, sino que sería también un paso crucial para la política climática internacional cuando los dos asuman un mayor liderazgo en foros multilaterales como el G20. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

jueves, 9 de noviembre de 2017

Simbiosis en el origen de la vida terrestre


«La simbiosis, el sistema en el cual miembros de especies diferentes viven en contacto físico, es un concepto arcano, un término biológico especializado que nos sorprende. Esto se debe a lo poco conscientes que somos de su abundancia. No son sólo nuestras pestañas e intestinos los que están abarrotados de simbiontes animales y bacterianos; si uno mira en su jardín o en el parque del vecindario los simbiontes quizá no sean obvios, pero están omnipresentes. El trébol y la arveja, dos hierbas comunes, tienen nódulos en sus raíces. Son bacterias fijadoras de nitrógeno esenciales para su crecimiento normal en suelos pobres en ese elemento. Tomemos después árboles como el arce, el roble y el nogal americano; entretejidos en sus raíces hay del orden de trescientos hongos simbiontes diferentes: las micorrizas que nosotros podemos observar en forma de setas. O contemplemos un perro, normalmente incapaz de percatarse de los gusanos simbióticos que viven en sus intestinos».
El párrafo precedente lo he tomado de Planeta Simbionte. Un nuevo punto de vista sobre la evolución (Debate, 2015), el clásico de Lynn Margulis, la investigadora que ha profundizado más y mejor en el fenómeno de la simbiosis, un concepto empleado por primera vez en 1868 por el biólogo alemán Albert Bernhard Frank, quien, al estudiar los líquenes, acuñó el término para describir la relación estrecha y persistente entre organismos de diferentes especies, una relación que actualmente suele ser identificada con las simbiosis mutualistas, es decir, aquellas en las que todos los simbiontes salen beneficiados.
A pesar de la omnipresencia de los procesos simbióticos en la naturaleza, las evidencias de sus orígenes son muy pocas, por no decir nulas. Naturalmente, para buscar su origen hay que acudir a los testimonios fósiles. Sobre todo, buscamos pistas de su origen ocultas dentro del registro fósil. Gracias a unos fósiles excelentemente conservados que se descubrieron hace algunos años en Escocia, se pudieron conocer las que hasta hoy son las primeras interrelaciones simbióticas entre plantas terrestres y cianobacterias.
Figura 1. Reconstrucción de Aglaophyton major. Fuente.

Los fósiles datan del Devónico temprano, hace unos 400 millones de años. Proceden de unos afloramientos de aguas termales que permitieron una preservación maravillosamente detallada que incluye hasta el nivel celular. Antes de presentarles a los protagonistas, hay que decir que esos fósiles son de un momento drásticamente diferente para la vida en este planeta, un tiempo en el que las plantas terrestres comenzaban a dominar el paisaje. En el caso de los descubrimientos fósiles escoceses, la planta estrella es Aglaophyton major.
Esta planta, cuyo sencillo aspecto nos resulta hoy extraño (Figura 1), aunque de lejos recuerde al de algunas algas marinas, era común en ese tipo de hábitats. Consistía en un tallo pequeño y sin hojas que se ramificaba dicotómicamente mientras se extendía sobre el suelo. Los tallos presentaban estomas, lo que permitía el intercambio de gases. De cuando en cuando, un tallo producía en su extremo abultado, el esporangio, que albergaba las esporas, las células encargadas de la reproducción. A nivel del suelo, los tallos ocasionalmente producían unas estructuras de fijación, los rizoides, en los que en 2007 se habían encontrado hongos micorrízicos asociados.
Los ejemplares mayores de A. major alcanzaban unos 18 cm de altura. Aunque abundantes, eran relativamente pequeños en comparación con la vegetación que dominaba en aquellos momentos. Es muy probable que A. major pudiera tolerar inundaciones ocasionales. De hecho, se especula acerca de que las inundaciones pudieron haber sido imprescindibles para la germinación de sus esporas. Esa inundación periódica fue probablemente lo que condujo a una relación con las cianobacterias.
Entre otras cosas, las cianobacterias son muy conocidas por su contribución a la liberación de oxígeno en la atmósfera primitiva de la Tierra, carente de ese elemento en sus inicios. Además, muchas cianobacterias también fijan el nitrógeno atmosférico, lo que permite su utilización por las plantas terrestres. Por eso, el descubrimiento de A. major asociado con cianobacterias alrededor de sus células es tan importante. Esos fósiles de hace 400 millones de años proporcionan la primera evidencia de una asociación íntima entre plantas terrestres y cianobacterias.
Figura 2. 1. Secciones transversales de Aglaophyton major que muestran su organización interna simple [barra = 1 mm]. 2. Anatomía del tallo postrado (E = epidermis; OC = corteza externa; MAZ = zona de las micorrizas arbusculares; IC = corteza interna; PIT = tejido similar al floema; CT = tejido conductor) [barra = 150 μm]. 3. Agregado denso de filamentos de cianobacterias en un área donde el tallo está dañado y ha exudado algún tipo de secreción (masa opaca) [barra = 100 μm]. 4. Detalle del agregado de cianobacterias [barra = 100 μm]. 5. Filamentos de cianobacterias intercelulares cerca de la zona de las micorrizas arbusculares de la corteza (tejido más oscuro en el tercio inferior de la imagen) [barra = 50 μm]. 6. Grupo de filamentos que pasan a través del sistema intercelular de la corteza externa [barra = 20 μm]. Fuente.

El proceso de fosilización fue tan perfecto que conservó las estructuras subcelulares. Las secciones extraordinariamente delgadas de algunos tallos de A. major muestran filamentos de cianobacterias “sorprendidas” en el proceso de invadir la planta para establecerse en su interior. Las cianobacterias parecen estar introduciéndose en la planta a través de las aberturas estomáticas situadas a lo largo del tallo. Una vez dentro, colonizan las cámaras subestomáticas y los espacios intercelulares de los tejidos de las plantas invadidas.
Aunque no se pueda precisar si esa asociación fue mutualista o no, representa una situación modelo que detalla cómo pudo haber evolucionado una relación simbiótica de ese tipo. Como se cree que las cianobacterias implicadas son acuáticas, la única forma de que se introdujera en la planta habría sido durante los periodos de inundación. La distribución no aleatoria de las cianobacterias en el interior de la planta descarta la idea de que estuvieran infectando las plantas después de muertas y sostiene la hipótesis de que la relación no fue accidental.
Por ahora, la relación entre A. major y las cianobacterias fue probablemente una "asociación intermitente" centrada en los periodos de inundación. El hecho de que A. major ya estuviera asociada simbióticamente con hongos micorrícicos en ese momento de la historia de la Tierra sugiere que las adaptaciones genéticas necesarias para las relaciones simbióticas ya estaban establecidas.
Aunque no sean la prueba del nueve, estos fósiles proporcionan la evidencia más temprana de la relación simbiótica de las plantas terrestres con hongos y cianobacterias. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

sábado, 4 de noviembre de 2017

Cambio climático: el lunes comienza la Cumbre de Bonn (COP23)

Bonn acogerá del 6 al 17 de noviembre la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el cambio climático (COP23). Antes de la apertura, comienzan los rumores y se fijan posiciones.
Bonn, que ya fue sede de una conferencia en 1999 en la que se apremió a cumplir los compromisos del Protocolo de Kioto, acogerá la COP23 a la que asistirán en torno a 25.000 personas de todo el mundo para tratar de impulsar la acción climática y el desarrollo sostenible, reforzar el cumplimiento de las metas y objetivos del Acuerdo contra el cambio climático firmado en París en 2015 y avanzar en las directrices para su aplicación sin la aportación de Estados Unidos.
A lo largo de 2017, los firmantes del Acuerdo de París han proyectado una sensación de normalidad en respuesta al desprecio del presidente de los Estados Unidos frente al cambio climático finalmente plasmado el 1 de junio de 2017, cuando Trump anunció la retirada de Estados Unidos del Acuerdo. Así las cosas, solo Siria y Estados Unidos, por razones muy diferentes, permanecen al margen de la lucha contra el cambio climático. La primera por la pertinaz guerra; la segunda por la voluntad política de su presidente, dadas sus promesas de campaña en pro de los intereses económicos de su país y en un vano intento de conseguir la “independencia energética”, un viejo ideal del sueño americano que más que una utopía amenaza con convertirse en una distopía a escala global.
En estos tiempos críticos, la unidad de la comunidad internacional ha sido la norma. Todos los países del mundo reiteraron su compromiso y comunicaron que no se iban a retirar del Acuerdo, aunque Estados Unidos lo hiciese. Pero el próximo lunes los negociadores climáticos deben ingresar en las salas de debate y resolver los problemas reales en los que muchos países están decididos a no ceder.
La COP23, auspiciada por la Secretaría de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), se centrará en fomentar la sostenibilidad en todos los niveles de la sociedad, un deseo formulado por Nazhat Shameem Khan, representante de la presidencia de la Cumbre, Fiji, que ha hecho un llamamiento a la comunidad internacional para que Bonn se convierta en "una cumbre visionaria" para reafirmar la acción climática. Según manifestó la Secretaria Ejecutiva de la CMNUCC, Patricia Espinosa, el 27 de julio pasado, la cooperación será clave en esta conferencia, en la que aspiraba a que la comunidad internacional tome conciencia de la vulnerabilidad de todas las naciones en general y de las islas en particular.
Antes de empezar la Cumbre, comienzan a fijarse algunas posiciones. Las naciones pobres anuncian que necesitan que en Bonn se ponga más dinero sobre la mesa. Pero, además, un alto funcionario africano, Emmanuel Dlamini, que lideró el grupo africano en las negociaciones de París, decía en una entrevista concedida el pasado 2 de noviembre que los países en desarrollo más que dinero necesitan expertos para usarlo. Porque ahora mismo, decía, una gran cantidad de dinero vuelve a los países ricos a través de los bolsillos de los consultores occidentales.
Desde Estados Unidos, los observadores dicen que a pesar de la Trumplandia en la que vive su líder, los negociadores del Departamento de Estado avanzan como si estuvieran al otro lado del espejo, de manera que en Bonn impulsarán discretamente las posiciones que han mantenido durante años. Aprovechando el hueco dejado por la decisión de Trump, es muy posible que en Bonn se asista a las primeras conversaciones sobre clima lideradas por China. Con el cambio climático como tema central del discurso de Xi Jinping en el XIX Congreso del Partido Comunista Chino del mes pasado, el país más grande del mundo parece tomar las riendas. 
Mientras tanto, India ha fijado sus posiciones. Fuentes del Gobierno indio lanzaron una advertencia al mundo rico de que si no se cumplen las promesas de reducir las emisiones de carbono y de pagar el dinero comprometido antes de 2020, las conversaciones serían inútiles. Fiji ha intentado aliviar las tensiones con un nuevo formato de debate, pero India y China insisten en que no aumentarán sus compromisos hasta que vean una mayor acción por parte de los países responsables de la mayor parte del calentamiento global.
Aunque la Unión Europea sigue siendo una defensora abierta de la acción climática y presionará a otros en estas conversaciones, internamente el bloque permanece dividido por intereses nacionales, una cuestión que se detectó la semana pasada en una reunión entre lobistas alemanes de la industria del automóvil y funcionarios de la UE, en la que los primeros presionaron para que se retirarán las sanciones previstas en una directiva europea para el caso de que la industria no cumpliera con los objetivos previstos de desarrollo de los coches eléctricos.
Y, por último, en abierta contradicción con sus compromisos, los australianos siguen haciendo todo lo posible para construir una de las mayores minas de carbón del mundo. El proyecto impulsado por Adani Carmichael sufrió un gran revés el viernes pasado cuando la primera ministra de Queensland, Annastacia Palaszczukun, anunció su veto a la propuesta de un préstamo federal de 900 millones de dólares que es imprescindible para sacar adelante el proyecto.
En cualquier caso, aunque el Acuerdo de París sigue siendo un marco sin directrices para su cumplimiento, todavía hay un gran margen para que los países debatan en grandes negociaciones encaminadas a que las reglas queden establecidas en la COP24, que se celebrará en Polonia a finales de 2018. Que así sea. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

domingo, 29 de octubre de 2017

Anatomía de los primeros árboles del mundo

Reconstrución artítica de un bosque de cladoxilópsidos del Devónico. Fuente.
Imagina un mundo sin árboles, y luego intenta pensar en los cambios que tendrían que ocurrir para que los primeros árboles evolucionen a partir de las pequeñas plantas primitivas que les precedieron. Se estima que toda esta transición ocurrió hace 390-380 millones de años, en el Devónico Medio.
Un equipo de investigadores chinos del Instituto de Nanjing de Geología y Paleontología ha descubierto varios fósiles perfectamente conservados de los primeros árboles del mundo, los cladoxilópsidos, en una remota región de China. Incluidos en una clase propia, Cladoxylopsida, estos pteridófitos precursores de los actuales helechos y equisetos, que vivieron hace entre 393 millones y 372 millones de años, alcanzaban hasta 12 metros de altura y poseían troncos esbeltos coronados por un penacho de ramas erectas que los asemejaban vagamente a las palmeras modernas. Pero la mayor sorpresa es cómo lograron crecer hasta adoptar el porte arbóreo.
Los árboles actuales crecen en grosor de un modo relativamente simple. El tronco es un solo eje cilíndrico formado por cientos de fibras leñosas huecas que conforman un anillo, el xilema, encargado de conducir el agua desde las raíces hasta las ramas y las hojas. El nuevo xilema crece en anillos en la periferia del tronco justo debajo de la corteza, agregando cada año circunferencias para que el árbol pueda crecer. De esta forma, se originan los característicos anillos de crecimiento que parecen en las secciones transversales de los troncos de los árboles.
Sin embargo, no es así como crecieron los antiguos cladoxilópsidos. A pesar de que estos fósiles se encontraron por primera vez en la década de 1850, la interpretación de su anatomía ha sido muy confusa durante décadas. Pero durante la década de 2000 se tuvieron grandes éxitos en la reconstrucción de cladoxilópsidos devónicos, que culminó en una serie de descubrimientos extraordinarios de árboles completos o casi completos en Escocia, Gilboa, Nueva York y Alemania.
Dos especímenes descubiertos en un desierto en la provincia noroccidental china de Xinjiang en 2012 aparecieron notablemente bien conservados. Eso se debe a que se sometieron a un proceso en el que la sílice, probablemente emitida por un volcán cercano, saturó el árbol y salvaguardó la forma de la estructura interna de la madera a medida que se descomponía, preservando su estructura celular tridimensional.
Las piezas fosilizadas de la base de un árbol de 374 millones de años revelan un núcleo hueco rodeado de numerosos haces de fibras leñosas lde xilema (las manchas negras más grandes), con tejido blando (en gris) en medio. Los puntos negros más pequeños son raíces. Fuente.
Los fósiles revelan que, a diferencia de los árboles modernos con un solo cilindro, los cladoxilópsidos tenían columnas de xilema múltiples espaciadas alrededor del perímetro de un tronco hueco. Una red de fibras entrecruzadas conectaba el xilema vertical extendiéndose por un tejido parenquimático blando que llenaba los espacios entre todos esos filamentos. El crecimiento se lograba añadiendo anillos alrededor de cada una de las columnas de xilema, mientras que el volumen creciente de parénquima obligaba a los filamentos a expandirse.
Ese crecimiento en grosor expandía la circunferencia del tronco y permitía un árbol más alto, pero también dividía el esqueleto del xilema del árbol, lo que requería que el árbol se autorreparara continuamente. El peso del árbol hacía que el tejido en la base del tronco estuviera abultado. En el más grande de los dos troncos fósiles, por encima del abultamiento, el xilema y el tejido blando ocupaban un anillo de unos 50 centímetros de diámetro y 5 centímetros de grosor, al tiempo que unas raíces externas formaban el resto del tronco del árbol que tenía unos 70 centímetros de diámetro.
Esta estrategia de crecimiento no se ha visto en ningún otro árbol en la historia de la Tierra, dice Xu Hong-He, un paleontólogo del Instituto de Nanjing en China que descubrió los troncos de los árboles fosilizados y primer firmante del artículo publicado el pasado 24 de octubre en la revista PNAS en el que se da cuenta del descubrimiento. No obstante, este modo de crecimiento indeterminado, a pesar de tener algunas características únicas, se asemeja al crecimiento secundario en grosor de algunas monocotiledóneas como las palmáceas.
Los cladoxilópsidos son particularmente importantes porque dominaron la Tierra durante el Devónico (hace entre 419 y 358 millones de años). Formaron los primeros bosques y jugaron un papel clave en la absorción de dióxido de carbono de la atmósfera. También agregaron oxígeno a la atmósfera, afectando el clima e influyendo en las condiciones que fomentaron la aparición de otras formas de vida. A pesar de su papel crítico inicial en la evolución de la vida en la Tierra, no tienen descendientes modernos. Desaparecieron al final del período Devónico, tal vez porque quedaron a la sombra de árboles más altos y robustos, o porque las cambiantes condiciones ambientales pudieron haber favorecido a Archaeopteris, los antepasados de los árboles modernos que aparecieron hace 385 millones de años.
El nuevo estudio es un paso importante para resolver varios de los misterios sobre la Tierra primitiva, porque para comprender el papel de los cladoxilopsidos en el pasado de nuestro planeta, es esencial saber cómo estaban construidos. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca


lunes, 16 de octubre de 2017

Tazas de café y cacas de hormiga

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