domingo, 24 de septiembre de 2017

Flores y dinosaurios

Flor de Tropidogyne pentaptera. Foto

Echa un vistazo a la imagen de arriba, un fósil de 100 millones de años de una flor, Tropidogyne pentaptera, conservada en ámbar desde el período Cretácico. Los científicos que la han descubierto plantean la hipótesis de que un dinosaurio que caminaba por un bosque de enormes coníferas pudo haberla tirado en un charco de resina, donde se fosilizó.
Como el registro fósil de las angiospermas es tan incompleto, el impresionante hallazgo de una flor completa de hace cien millones de años que permanece intacta es una gran noticia. Hace ahora justamente un año, publiqué en este mismo blog una entrada en la que me hacía eco del hallazgo en un depósito de ámbar de una flor de una especie de planta, ya extinta, que florecía en el Terciario medio de Puerto Rico, hace entre 20 y 45 millones de años. El descubrimiento lo había hecho el profesor George Poinar, profesor emérito de la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Oregón.
Poinar ha vuelto este verano a las andadas y ha publicado en la revista Palaeodiversity el descubrimiento de siete ejemplares completos de una nueva flor, todos de 100 millones de años, conservados en ámbar en un yacimiento de Myanmar. El ámbar, producido por la resina de una Araucaria, preservó tan bien las piezas florales que parece que acabaran de ser recogidas en un jardín. Los árboles de araucaria están relacionados con los pinos kauri (Agathis robusta) que se encuentran hoy en Nueva Zelanda y Australia, los cuales producen una resina especial que resiste a la intemperie.
Hipantio (flecha) de T. pentaptera mostrando cinco de las diez costillas o quillas. Barra: 0,7 mm. Abajo a la derecha se ha insertado un sépalo de Ceratopetalum succinibrum, que presenta una venación similar a la del fósil. Foto.
Poinar y sus colaboradores, quienes piensan que se trataba de un árbol de la selva tropical, han llamado a la nueva planta Tropidogyne pentaptera (del griego "penta", cinco, y "pteron", ala), epíteto específico basado en los cinco sépalos extendidos que presentan unas flores de entre 3,4 y 5 milímetros de diámetro. Además de los cinco sépalos marcadamente venosos, la nueva especie tiene un disco nectarífero y un ovario ínfero y acanalado como otra especie, Tropidogyne pikei, que el mismo Poidar había descrito en 2010, pero de la que difiere porque es bicarpelar, con dos estilos alargados y delgados, y las costillas de su ovario no tienen glándulas terminales pigmentadas de oscuro como T. pikei. El nombre genérico Tropidogyne deriva del griego “tropis”, quilla, y “gyne”, que alude al gineceo acanalado o aquillado. Ambas especies se han colocado en la actual familia Cunoniaceae, una extensa familia del hemisferio sur que cuenta con 27 géneros.
A. Holotipo de Tropidogyne pentaptera mostrando los estilos y estambres, cuyos filamentos señala la flecha. Arriba está insertada un grano de polen con exina verrugosa. B. Fruto mostrando la porción redondeada superior del ovario semiínfero.
En su forma general y en el patrón de venación las flores fósiles se asemejan a las del género Ceratopetalum que prosperan hoy en día en Australia y Papúa-Nueva Guinea, cuya especie más conocida es C. gummiferum, al que llaman el arbusto de Navidad de Nueva Gales del Sur porque sus cinco sépalos se vuelven de un color rojizo brillante cuando se aproxima la Navidad. Otra especie existente en Australia es el palo satinado, C. apetalum, que al igual que la nueva especie no tiene pétalos, sólo sépalos. El palo satinado supera los cuarenta metros, puede vivir durante siglos y produce una excelente madera que se utiliza para parqués y ebanistería.
¿Qué explica la relación entre Tropidogyne del Cretáceo de Myanmar y un Ceratopetalum actual de Australia, que crece hacia el sureste a más 7.500 kilómetros y con un océano por medio? La explicación es relativamente sencilla. Probablemente Myanmar fuera parte de la Gran India que se separó del hemisferio sur del supercontinente Gondwana, y se desplazó hacia el sur de Asia. Malasia, incluyendo Birmania, se formó durante las eras Paleozoica y Mesozoica por subducción de terrenos que primero se separaron y luego se trasladaron hacia el norte por la deriva continental. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

viernes, 22 de septiembre de 2017

El fracking sobrevive con respiración asistida

Mientras que los principales medios de comunicación continúan propagando que el avance tecnológico traerá consigo suministros de combustibles fósiles cada vez más abundantes, la industria se automedica para mantenerse viva. La disminución de las reservas de petróleo y de las inversiones en el sector, y el aumento de los costes financieros asociados a la explotación, son los factores que están diezmando la que parecía ser una inagotable mina de oro negro. La burbuja comenzó a desinflarse en 2014 y sigue haciéndolo.

sábado, 16 de septiembre de 2017

Caliocoria: un mecanismo recién descubierto para dispersar semillas

Un tejedor baya (Ploceus philippinus) prepara su nido. Foto.
Se ha descrito una nueva forma de dispersión de semillas. La llevan a cabo las aves, pero en una nueva modalidad. Mucha gente sabe que las aves dispersan semillas y frutos de las plantas ornitócoras y lo hacen previa ingestión o transportándolos enganchados al plumaje o en el barro que se fija en las patas de las aves acuáticas. Pero una hierba invasora, el zacate japonés (Microstegium vimineum), una poácea, acaba de hacer su aparición estelar en el original y maravilloso escenario de la coevolución entre animales y plantas.
Mientras trabajaba en su jardín, el doctor Robert Warren, profesor de Biología en la Universidad de Nueva York en Buffalo, observó un manchón de zacates que crecía en el dintel de una ventana a unos dos metros del suelo. El zacate japonés es una planta extraordinariamente invasora, pero sus semillas no están adaptadas a la dispersión vertical. Ahora bien, para reproducirse sexualmente, el zacate usa un sistema de apareamiento mixto compuesto de flores normales (casmógamas) situadas en el extremo de las espigas y de flores cleistógamas cuyas semillas permanecen en el tallo. Warren se subió a una escalera y descubrió que la hierba crecía alrededor de un nido de pájaros. Parecía que los tallos de zacates que contenían semillas se habían incorporado como material de construcción al nido y germinaron al año siguiente. De esa observación casual surgió una investigación más profunda sobre las relaciones de semillas y nidos.
Microstegium vimineum. Foto.
En colaboración con investigadores de la Universidad Yale y del Servicio Forestal de Estados Unidos, se propuso calcular la frecuencia con la que aparecen semillas en nidos de aves. Recolectaron nidos de 23 especies diferentes y las extendieron sobre bandejas de semillas. Después de descartar las semillas de posibles fuentes de contaminación (excrementos, viento, etc.), regaron los nidos para ver qué germinaba. Los resultados fueron más que notables.
Germinaron más de 2.000 plantas pertenecientes a 37 familias. En total, 144 especies diferentes. Las semillas procedían de diversos materiales vegetales, pero también del barro utilizado para construir los nidos. Es más, casi la mitad de las semillas que encontraron provenían de plantas cleistógamas. Las aves cuyos nidos contenían las mayores cantidades de semillas fueron el robin americano (Turdus migratorius) y el azulón (Sialia sialis). En el artículo de la revista Plant Ecology en el que han dado a conocer sus resultados, los autores han acuñado el término “caliocoria", del griego "calio" (nido) y "coria" (dispersión) para denominar a este mecanismo de dispersión seminal.
Se ha asumido desde hace mucho tiempo que la reproducción cleistógama mantenía a las semillas cerca de la planta madre. El nuevo descubrimiento sugiere que la realidad podría ser bastante diferente de lo que se suponía. Es más, las cifras obtenidas del análisis de una muestra tan pequeña de nidos sugieren que este método hasta ahora desconocido de dispersión puede ser mucho más común de lo que cabría esperar. Todavía queda por demostrar si las plantas han evolucionado en respuesta a tales métodos de dispersión. Sin embargo, teniendo en cuenta la diversidad de las aves, sus hábitos de anidación y la disponibilidad de diversos materiales vegetales, el trabajo de Warren y sus colaboradores abre toda una línea de investigación para avanzar en el conocimiento de las relaciones mutualistas entre plantas y animales como mecanismos coevolutivos multiplicadores de la biodiversidad. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

domingo, 10 de septiembre de 2017

Imitando a los pulgones

Espigas de Paspalum mostrando los estambres negruzcos en su ápice. Foto.
Si nos dan a elegir, la mayoría de nosotros preferiría evitar una ensalada plagada de insectos o una manzana repleta de gusanos. Pues parece que eso mismo hacen también muchos herbívoros cuando se tropiezan con plantas infestadas de insectos. Puede que algunas plantas se estén aprovechando de eso. En respuesta a la fuerte presión herbívora, algunas especies han desarrollado un curioso mimetismo: imitan a los insectos. Este es el caso de una gramínea, Paspalum paspaloides, relativamente frecuente en los bordes de ríos con aguas calmas y algo eutrofizadas, cuyos estambres imitan a los áfidos o pulgones.
Cuando florecen se puede observar algo muy interesante. Todas las flores parecen estar cubiertas de áfidos. Cuando uno las observa de cerca, la mayoría de las veces no hay infestación alguna. Los racimos de manchas oscuras que se balancean con la brisa son simplemente las anteras oscuras de la inflorescencia.
Áfidos sobre un tallo de Paspalum. Foto
Esa observación plantea una pregunta: ¿qué beneficio obtiene la planta imitando a los áfidos? Se han propuesto dos hipótesis para explicar este fenómeno. La primera es la defensa contra la herbivoría. Como dije antes, los herbívoros evitan a menudo el material vegetal que ha sido infestado con insectos. Aparte de cualquier problema potencial de palatabilidad, las grandes poblaciones de insectos pueden significar una disminución en el valor nutricional de una fuente de alimento potencial. ¿Por qué perder tiempo comiendo algo que ya se está zampando otro? La evidencia en apoyo de esta hipótesis se basa en que se ha demostrado que una amplia variedad de herbívoros, tanto mamíferos como insectos, evitan las hierbas infestadas de áfidos.
La segunda hipótesis es la de evitar futuras infestaciones. Los áfidos son organismos clonales con generaciones sucesivas que se repiten rápidamente. En muy poco tiempo, unos cuantos áfidos se convierten en muchos, y muchos en plagas. Parece ser que los áfidos que buscan una nueva planta para colonizar evitan las plantas que ya soportan poblaciones de áfidos. Por lo tanto, es posible que los estambres de las plantas imiten a falsos pulgones para mantener alejados a los auténticos.
En ambos casos se trata de meras hipótesis que están esperando que algún biólogo observador aporte pruebas hasta elevarlas al nivel de teoría. ¡La idea está ya madura! ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Cambio postre por sexo

Floración de Osmoxylon fenici. Foto
Las plantas han desarrollado mecanismos extraordinarios para conseguir la polinización. Además de las que la consiguen usando medios exclusivamente físicos como el viento (plantas anemófilas) o el agua (hidrófilas), otras necesitan que algún animal traslade su polen (zoófilas). Las plantas necesitan recompensar a los transportistas, lo que consiguen alimentándolos con polen o néctar o engañándolos. Mucho más raro es lo que hacen las especies del género Osmoxylon, que utilizan las mismas técnicas para polinizarse y para dispersar las semillas usando como vectores a los pájaros.

Compuesto por aproximadamente por unas 60 especies distribuidas por zonas tropicales del sudeste asiático y del Pacífico occidental, el género Osmoxylon ocupa una amplia variedad de hábitats. Algunos viven en la sombra profunda de los sotobosques mientras que otros prefieren espacios más abiertos. Su tamaño varía desde el de arbustos de tamaño mediano a pequeños árboles y, al florecer, su inflorescencia revela su pertenencia a la familia Araliaceae, la misma de las hiedras comunes de nuestras latitudes.

Sin embargo, cuando se observan de cerca las flores, aparece un patrón un tanto extraño. En cuanto las plantas florecen ya se han producido los frutos, unas bayas. ¿Cómo puede suceder tal cosa? ¿Acaso hay flores cleistógamas que pasan desapercibidas? No es así. La realidad es bastante más original. Entre las diversas características del género, quizás la más destacable sea la producción de frutos falsos o pseudofrutos. A medida que las flores fértiles comienzan a producir polen, los pseudofrutos comienzan a madurar. No contienen semillas. Entonces, ¿para qué sirven?

La respuesta es clara: para conseguir sexo, lo que en el caso de las plantas significa ser polinizadas. Estos pseudofrutos han evolucionado en respuesta a la presencia de aves. Son bastante carnosos y son una comida excelente para los pájaros. Cuando los pájaros aterrizan en la umbela para comer los pseudofrutos, se llevan el polen de las verdaderas flores Así se logra la polinización, recompensando a los mensajeros con postre.

Floración de Osmoxylon lineare. Hoomaluhia Botanical Garden, Oahu, Hawái.


La relación con las aves no termina aquí. Como sucede en otros miembros de esta familia, la polinización culmina con la formación de frutos reales llenos de semillas. Las mismas aves que polinizan vuelven cuando los frutos están maduros. Comen las bayas y transportan las semillas. Osmoxylon capitaliza su inversión: son especies ornitófilas y ornitócoras sin necesidad de invertir en mecanismos de atracción diferentes. Todo un ahorro. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca. 

Lectura recomendada.

Las plantas organizan las colmenas

Foto
Las moléculas del ARN de las plantas en las que liban las abejas son las responsables de las castas que conforman las colmenas.
Se sabe desde hace mucho tiempo que la alimentación de las larvas de abejas influye en su desarrollo y, por lo tanto, en su posición dentro de las castas que constituyen la colmena. Las larvas alimentadas con una mezcla de polen y miel, el llamado "pan de abeja", se convierten en obreras estériles, mientras que las larvas alimentadas con secreciones especiales llamadas "jalea real" se convertirán en reinas. A pesar de ese conocimiento empírico, los mecanismos que sustentan unas diferencias de desarrollo tan drásticas han sido un misterio hasta el último día del pasado mes de agosto.
Ese día, un artículo en la revista PLOS publicó los resultados de la investigación de un equipo de la Universidad de Nanjing, China, que han desvelado el secreto de los sistemas de castas de abejas melíferas: el secreto está en las plantas, en concreto en unas pequeñas moléculas del Ácido Ribonucleico, las microRNA (miRNAs), todo un trending topic de la Biología Molecular. Son unas pequeñas moléculas de RNA sintetizadas en la propia célula, con una longitud entre 19 y 22 nucleótidos, de cadena sencilla y no codificantes de proteínas, que actúan como reguladores inhibiendo fundamentalmente la expresión génica.
El genoma de cada ser vivo es el que determina a qué especie pertenece, su sexo, su morfología o incluso su predisposición a padecer determinadas enfermedades. Básicamente, la información genética que pasa de una generación a la siguiente se encuentra escrita en el ácido desoxirribonucleico (DNA). Para que el mensaje escrito con cuatro “letras” en la molécula de DNA se materialice en forma de síntesis de proteínas, debe existir un flujo de información en el cual se copia la secuencia en formato de moléculas de ácido ribonucleico (RNA). Estas moléculas, de composición química similar, pero más inestables, se encargan de llevar el mensaje desde el núcleo, que es donde están los cromosomas compuestos mayoritariamente por DNA, hasta el citoplasma de la célula, en el cual tiene lugar la traducción del RNA mensajero que tiene como resultado la síntesis de proteínas, que son quienes realizan las funciones celulares.
Las moléculas de miRNA se sintetizan en el núcleo y realizan su función en el citoplasma. Fuente.  
En los organismos eucariotas, las miRNAs juegan un papel fundamental en la regulación de la expresión génica. En las plantas tienen efectos considerables sobre el tamaño y color de las flores. Al hacerlo, pueden hacer que las flores sean más atractivas para las abejas melíferas. A medida que las abejas recogen el polen y el néctar, recogen grandes cantidades de moléculas miRNAs. De vuelta a la colmena, estos productos no se distribuyen por igual, lo que influye en la cantidad de miRNAs con que se alimenta a las larvas en desarrollo. El equipo descubrió que las miRNAs están mucho más concentradas en el pan de abeja que en la jalea real. Es esta diferencia de concentraciones es donde parece residir raíz del sistema de castas.
Las larvas que fueron alimentadas con pan de abeja llenas de miRNAs desarrollaron cuerpos más pequeños y ovarios estériles reducidos. En otras palabras, maduraron como obreras. Las larvas alimentadas con jalea real, que tiene concentraciones mucho más bajas de miRNAs, desarrollaron ovarios funcionales y un tamaño corporal más completo: se convirtieron en reinas.
Esto sugiere una profunda relación de coevolución entre plantas y abejas. El hecho de que las moléculas de microRNA no sólo hacen que las plantas sean más atractivas para los polinizadores, sino que también influyan en el sistema de castas de los insectos es un hallazgo más que notable. Si la transferencia horizontal de moléculas reguladoras entre dos reinos diferentes puede manifestarse en relaciones ecológicas tan importantes y pueden contribuir a la regulación del fenotipo, la investigación abre de par en par nuevas puertas a la comprensión de la dinámica coevolutiva y abre una nueva vía para estudiar más a fondo los mecanismos moleculares subyacentes a la coevolución.©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

viernes, 8 de septiembre de 2017

Murciélagos frente al espejo

Myotis myotis. Foto.

¿No se ha tropezado alguna vez con una puerta de cristal? Los murciélagos lo hacen con alguna frecuencia y no porque vuelen distraídos. Simplemente, no reconocen como obstáculos las superficies verticales y lisas. Esa es la conclusión de un estudio del seguimiento de los murciélagos de orejas de ratón (Myotis myotis) mientras volaban a través de un túnel experimental en el que los investigadores habían colocado una lámina de metal vertical.
Aunque ahora formen parte del paisaje que nos rodea y parezca que siempre han estado ahí, las estructuras generadas por el hombre apenas representan un instante en la historia de la Tierra. Los sistemas sensoriales de los animales evolucionaron para navegar por ambientes naturales y, por tanto, no siempre funcionan bien en medios antropogénicos. En un trabajo publicado hoy por la revista Science, un grupo internacional de investigación encabezado por Stefan Greif, del departamento de Zoología de la Universidad de Tel Aviv, demuestra que el sistema de ecolocación de los murciélagos parece percibir las superficies lisas verticales como superficies despejadas abiertas, un error que a menudo conduce a impactos fatales.
Los murciélagos navegan a toda velocidad por entornos complejos utilizando la ecolocalización, una modalidad sensorial que es profundamente diferente de la visión humana, y que consiste en el uso de ondas sonoras y del eco para determinar la posición de objetos en el espacio. Para ecolocalizar, emiten ondas sonoras por su boca o por la nariz. Cuando las ondas sonoras impactan en un objeto, producen ecos. El eco rebota en el objeto y vuelve a las orejas del murciélago. Los animales escuchan los ecos para determinar la posición del objeto, el tamaño y su forma. Usando la ecolocalización pueden detectar objetos tan finos como un pelo humano en completa oscuridad. Pero transformar una percepción tridimensional en otra sensorial de dimensión inferior a la visión humana es una tarea compleja. Por lo tanto, están tan obligados a aplicar un alto grado de procesamiento e interpretación de la entrada tridimensional, que cometer un error es relativamente fácil.
Cómo se engañan los murciélagos. La mayoría de las estructuras naturales, como el follaje de los árboles, devuelven cierto eco. Las superficies de espejo plano como los estanques o los paneles de ventanales reflejan el eco con el mismo ángulo con el que inciden. Los murciélagos no pueden discernir si el sonido está simplemente pasando de largo o si es reflejado por el espejo, y por ello pueden interpretar erróneamente esta situación como un camino libre de obstáculos. Fuente.
Básicamente, la ecolocalización del murciélago se diferencia de la visión humana en que las características observadas no se perciben directamente, sino que deben ser procesadas a través de mecanismos sofisticados. La visión binocular proporciona a los seres humanos un flujo continuo de dos campos ópticos bidimensionales separados, lo que permite reconstruir cómodamente escenas complejas de nuestro entorno tridimensional. En la visión, las direcciones de los objetos bidimensionales son accesibles directamente, mientras que las distancias a las que se encuentran tienen que ser reconstruidas por correlación o acomodación. Por el contrario, cuando utilizan la ecolocalización, los murciélagos sólo reciben dos señales acústicas unidimensionales como ecos de sus reclamos ecolocalizadores, que no se emiten continuamente, sino que son ultrasonidos que funcionan como un estroboscopio a alta tasa de repetición. Los retornos del eco codifican directamente las distancias del reflector, pero las direcciones bidimensionales correspondientes a cada reflector deben ser reconstruidas a través de mecanismos más complejos.
Debido a esa complejidad, cuando interpretan escenarios por medio de la percepción ecoacústica, los murciélagos se ven obligados a utilizar también el conocimiento innato y la experiencia. Eso hace que los murciélagos sean propensos a engaños sensoriales cuando se enfrentan sin experiencia previa a escenarios complejos que se asemejan acústicamente a otros escenarios diferentes que un animal experimentado reconoce sin ambigüedad. De hecho, cuando la lámina metálica se colocaba sobre el suelo, los murciélagos se acercaban intentando beber en ella (vea este video).
(A) Esquema de propagación del sonido en una superficie lisa y vertical (vista desde arriba). Para un murciélago dentro de la "zona de la placa" (en rojo), el sonido que choca en un ángulo oblicuo se refleja, mientras que sólo el sonido perpendicularmente incidente se refleja hacia atrás. (B) Configuración del túnel de vuelo que representa la perspectiva vertical. La placa de metal lisa se muestra en gris en la pared; las líneas discontinuas representan la zona de influencia de la placa. En la perspectiva horizontal, la placa lisa estaba situada sobre el suelo de la zona de la placa. Fuente.
De veintiún murciélagos analizados, diecinueve se estrellaron al menos una vez contra la lámina metálica vertical (vea este video), pero nunca lo hicieron cuando se enfrentaron a paredes u otros objetos rugosos. Los impactos también se produjeron cuando los científicos colocaron las placas metálicas en el campo (vea este vídeo) o en las salidas de las cuevas habitadas por tres especies diferentes de murciélagos. Aunque ninguno de los murciélagos utilizados en los experimentos resultó dañado, es frecuente que la gente encuentre murciélagos con alas o mandíbulas rotas al pie de los edificios con muros cortina o amplios ventanales.
Greif y sus colegas demuestran que las estructuras verticales especulares tan abundantemente empleadas en la construcción moderna como muros cortina y grandes ventanales, son trampas sensoriales para la ecolocalización de los murciélagos y, por lo tanto, podrían representar una seria amenaza para su supervivencia en ambientes urbanos. Los murciélagos están habituados a encontrarse con superficies especulares tales como las láminas de agua, lo que hace que confundan a los vidrios artificiales con espacios naturales a los que están habituados. Debido a que esas estructuras reflejan el sonido con el mismo ángulo que el sonido incidente, no hay ningún eco perceptible procedente del área central de la estructura especular mientras que el murciélago esté fuera del espacio situado perpendicularmente delante del espejo. En un entorno complejo, este comportamiento acústico es similar a un área libre obstáculos, porque la mayoría de las estructuras naturales reflejan al menos un débil eco perceptible para el murciélago.
En todo el mundo existen hoy millones y millones de superficies lisas verticales, lo que significa que tales percepciones erróneas podrían tener considerables impactos negativos en la supervivencia de los murciélagos. Por esta razón, el equipo ahora espera determinar si las ventanas u otras superficies lisas artificiales suponen una amenaza ecológica para los murciélagos y cómo estos animales pueden aprender a convivir con ellas. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.