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.

jueves, 7 de septiembre de 2017

Brasier vs. Schopf: el debate entre dos cazadores de microfósiles

James William Schopf (1942-)
La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, pero nadie sabe cuándo surgió la vida y, por las dificultades de demostrar que las estructuras fósiles son realmente biológicas, la búsqueda de testimonios que ayudarían a responder a esa pregunta ha sido un campo muy polémico.
Hasta 2002, el honor de haber encontrado el microfósil más antiguo había sido ostentado por J. W. Schopf, un paleobiólogo de la Universidad de California en Los Ángeles. En 1993, Schopf había publicado en Science su descubrimiento de estructuras microscópicas semejantes a gusanos en la formación Apex Chert, un afloramiento rocoso de 3.465 millones de años en Pilbara, Australia Occidental. Schopf describió como microfósiles once especies de microbios fotosintéticos similares a las cianobacterias. Como testimonio de su hallazgo, depositó una muestra de sus preparaciones microscópicas en el Museo de Historia Natural de Londres como ejemplos de los fósiles más antiguos de la Tierra.
Sin embargo, cuando el profesor Martin Brasier, un catedrático de Oxford experto en microfósiles, visitó el museo en 1999 para fotografiar los ejemplares e incorporarlos a un libro de texto, quedó sorprendido al ver las estructuras celulares descritas por Schopf, que le parecieron unas estructuras ramificadas y plegables complejas muy diferentes a las formas microbianas.
Brasier recolectó sus propias muestras de Apex Chert y se dedicó a estudiarlas pacientemente. Pronto se dio cuenta de que los "microfósiles" formaban parte de un amplio espectro de estructuras extrañas, la mayoría de las cuales eran demasiado caóticas para llamarse “fósiles". Concluyó que, en lugar de ser testimonios de las primeras formas de vida, las estructuras eran artefactos minerales y las "conchas" de los supuestos microfósiles eran de un vidrio volcánico emitido por una fumarola hidrotérmica. En 2002 Brasier y un grupo de colegas publicaron en la revista Nature un artículo sobre los fósiles de Schopf, en el que concluían que los "supuestos microfósiles” eran simples "artefactos secundarios formados de grafito amorfo".
Martin Brasier (1947-2014)
En su libro Génesis: La Búsqueda Científica del Origen de la Vida (2005), Robert Hazen describió una extraña confrontación entre Brasier y Schopf en un simposio científico celebrado en 2002 en el que compartieron una sesión. Mientras que Brasier exponía su ponencia, «un agitado Schopf se levantó y comenzó a pasear distraídamente una docena de pies detrás del podio. Caminaba de un lado a otro, encorvado, con las manos apretadas firmemente detrás de su espalda [...] Mientras que Brasier describía con calma sus argumentos, la escena cambió de torpemente tensa a totalmente extraña. Nos quedamos sorprendidos cuando Schopf se situó a a pocos metros a la derecha del podio del orador. Se inclinó bruscamente hacia Brasier mientras que clavaba sus ojos en el imperturbable orador».
Por suerte, la cosa no fue más allá, pero en 2011, cuando Brasier y un grupo de investigadores publicaron un artículo en Nature Geoscience describiendo microfósiles en rocas de 3.400 millones de años, a 20 millas del descubrimiento de Schopf, se esforzaron en dar pelos y señales para probar los orígenes biológicos y no minerales de sus fósiles. Los microfósiles de aparecieron en depósitos de arenisca entrecortados por capas de roca volcánica en una región árida conocida como Formación Strelley Pool, que data de una temprana era oxigenada del eón Arcaico. Los microfósiles eran los restos de antiguos microbios similares a bacterias que existen hoy en fumarolas hidrotermales y que viven y metabolizan el azufre en lugar de oxígeno para obtener energía.
Para descartar los procesos geológicos naturales, los científicos sometieron sus muestras a una batería de pruebas, en las que utilizaron los últimos equipos de microscopía electrónica y espectroscópica. Llegaron a la conclusión de que satisfacían tres pruebas cruciales que sostenían su origen biológico: eran estructuras bien definidas de tipo y tamaño celular; las células se aparecían en grupos unidas a granos de arena; y el revestimiento químico era consistente con un metabolismo basado en el azufre. La evidencia más convincente fue el descubrimiento de minúsculos depósitos de pirita férrico-sulfurada, conocida como "oro de los tontos", cerca y, en algunos casos, unida a los microfósiles. Brasier y Wacey sugiríeron que esos organismos ancestrales probablemente habían vivido en pirita y en sulfuro de hidrógeno arrojados desde fumarolas.
El artículo de Nature Geoscience no proclamaba el descubrimiento de los microfósiles más viejos de la tierra (aunque así lo haría una nota de prensa de la universidad de Oxford). Schopf, por su parte, mantuvo un silencio digno, aunque un colega le explicó que «defiende firmemente su hallazgo original y está trabajando para validarla». Hasta hoy, jubilado a los 75 años, no ha logrado demostrarlo. Fallecido en 2014 en un accidente de automóvil, Brasier, que este año hubiera cumplido los 70, no podría verlo. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

De Darwin a Schopf: a la búsqueda de un eslabón perdido

Fotografías al microscopio electrónico de exoesqueletos de Foraminíferos encontyrados en Tanzania y datos del tránsito Eocene-Oligocene. Foto
La publicación en 1859 de El Origen de las especies, de Charles Darwin, supuso un aporte definitivo para la comprensión de los procesos biológicos y sirvió para destruir los muchos tabúes que pretendían explicar nebulosamente aquello que ya estaba escrito de manera indeleble en los extractos de la naturaleza. No obstante, la teoría de Darwin, exhaustivamente documentada para la época, dejó un camino por recorrer en el que los enigmas se sucedían uno tras otro, necesitados de evidencias que vinieran a satisfacer las numerosas hipótesis en las que se sustentaba el prodigioso cuerpo teórico creado por el naturalista británico.
El pensamiento darwinista planteó importantes cuestiones biológicas solamente resolubles por observación y experimentación, cuya resolución ha dado lugar a ciencias nuevas como la genética clásica, la genética de poblaciones, la ecología, la biogeografía y otras muchas que han ido confirmando los supuestos darwinistas. Desde la aparición de El Origen de las especies una cascada de aportaciones científicas ha venido a reforzar la cadena que, paso a paso, evidencia tras evidencia, configura el prodigioso mecanismo de la evolución. Uno de los enigmas claves era la aparición de la vida sobre la Tierra, sobre un planeta recién formado cuyas condiciones ambientales hace 4.500 millones de años eran completamente diferentes de las actuales. A partir de 1980, los trabajos del micropaleontólogo norteamericano William Schopf, resumidos en una colección espléndida de escritos (Earth’s Earliest Biosphere: its Origin and Evolution, Princeton University Press, 1983), vinieron a iluminar la parte más antigua de la evolución, construyendo un cuerpo teórico que se sostuvo hasta que las evidencias que sustentaban las teorías de Schopf se desmoronaron como un castillo de naipes.
En las condiciones actuales la inmensa mayoría de los organismos realizan su metabolismo mediante un proceso energéticamente muy rentable: la respiración. La casi totalidad de los seres vivos, sobre todo los que constituyen las formas de vida dominantes en la biosfera, realizan sus funciones vitales en condiciones de aerobiosis, esto es, dependen del oxígeno molecular libre en la atmósfera o ligado al hidrógeno en la hidrosfera. Aunque insignificantes en términos de diversidad y biomasa, un enorme número de microorganismos son anaerobios, viven en ausencia de oxígeno y realizan sus procesos vitales sin respirar, obteniendo la energía mediante procesos químicos conocidos genéricamente como fermentaciones. Los procesos de fermentación, en su mayoría realizados por bacterias, siguen siendo determinantes en el desarrollo de la vida sobre la Tierra y, lo que me interesa subrayar ahora, resultan claves para comprender el origen de la vida, cuando la atmósfera primitiva carecía de oxígeno gaseoso, lo que impedía el desarrollo de las formas de vida hoy dominantes, en su mayoría aeróbicas.
Si la vida tal y como la conocemos hoy, 4.500 millones de años después de la consolidación del planeta Tierra, depende del oxígeno gaseoso, que representa en la actualidad el 21% del volumen de nuestra atmósfera, ¿cuáles fueron las formas de vida primigenias cuando la atmósfera carecía prácticamente de oxígeno? Y más aún, ¿de dónde pudo surgir el enorme volumen de oxígeno que hoy sustenta nuestra vida? Son estos dos de los más grandes enigmas planteados por la teoría darwinista que han ido solucionándose en las últimas décadas. En el campo teórico y en el círculo de la lógica, ambos enigmas se explican perfectamente observando formas de vida actuales y extremadamente sencillas en su organización: las cianobacterias.
Las cianobacterias colonizan todo tipo de medios húmedos, desde aguas termales (soportan temperaturas de casi 100 grados centígrados, lo que resulta muy interesante teniendo en cuenta las altas temperaturas que reinaban en la Tierra primigenia) hasta formar revestimientos oscuros que constituyen el “verdín” en tiestos de barro, invernaderos o regaderas domésticas. A excepción de los virus, las cianobacterias son los organismos vivientes con organización más simple. Su simplicidad orgánica no excluye la complejidad de sus sistemas metabólicos químicos. Las cianobacterias son fotosintéticas, es decir, captan la luz solar y, con la energía obtenida de los fotones lumínicos son capaces de realizar procesos fisiológicos internos que sustentan su propia vida y, lo que conviene ahora subrayar, liberan oxígeno a la atmósfera.
Fotografía al microscopio electrónico de una cianobacteria del género Synechocystis. Foto.
Con estas premisas, sencillez extrema en su organización –lo que las convierte en los seres vivos más idóneos para explicar el origen de la vida- y capacidad de liberar oxígeno, está claro que las cianobacterias han sido consideradas por todos los evolucionistas como los organismos más apropiados para ser situados en el punto de origen de la vida sobre la Tierra. Ahora bien, si la hipótesis estaba clara, faltaba la documentación que atestiguara fidedignamente que las cianobacterias estaban presentes en el caldo primigenio a partir del cual se originó la vida. Como es sabido, una buena parte de la teoría darwinista se ha ido sustentando en la aparición de testimonios fósiles que documentaran los pasos evolutivos formulados como meras hipótesis. El problema de las cianobacterias como testimonios fósiles radica en su tamaño microscópico, lo que las hace irreconocibles salvo con potentes microscopios electrónicos y mediante técnicas de laboratorio extremadamente complejas.
Es en este punto donde aparecieron como testimonios valiosísimos los trabajos de Schopf quien, a través de la serie de brillantes artículos a los que antes me refería, situó a las cianobacterias en el punto de mira del origen de la vida. Con todo, sus artículos seguían careciendo de los imprescindibles testimonios fósiles hasta 1993 [1], cuando Schopf aseguró haber encontrado microfósiles de cianobacterias en rocas australianas de más de 3.500 millones de años de antigüedad, que aparecerían fotografiados a la luz del microscopio electrónico en sus ampliamente difundidos artículos científicos. Otro eslabón perdido había sido encontrado. La teoría de Schopf, sustentada ya en evidencias fósiles, pasó a ser una certeza de manual divulgada en simposios y congresos y explicada en las aulas universitarias.
Prof. Martin Brasier (1947-2014) en 2009. Foto
Y así fue hasta que una de las más prestigiosas revistas científicas, Nature [2], publicó los trabajos del catedrático de la Universidad de Oxford Martin Brasier y coaboradores, que demostraron fehacientemente que los supuestos microfósiles de Schopf eran, ni más ni menos, concreciones de grafito que se forman bajo elevadas condiciones de presión y temperatura, y que se alinean bajo el microscopio a modo de cordones celulares cianobactéricos idénticos a los aportados por Schopf, los cuales han resultado ser material geológico, pero no biológico.
En muchos casos, y particularmente en el campo de la evolución, la biología continúa sustentándose todavía en hipótesis, pero como se trata de una ciencia y no de un cuerpo mitológico o de un acto de fe hasta tanto no aparecen pruebas concluyentes conviene ir avanzando con cautela, trátese del Yeti o de las cianobacterias de Schopf. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

[1] Schopf, JW. (1993) Microfossils of the early Archean apex chert: new evidence of the antiquity of life. Science 260:640–646.
[2] Brasier, MD, Green, OR, Jephcoat, AP, Kleppe, AK, Van Kranendonk, MJ, Lindsay, JF, Steele, A & Grassineau, NV. (2002) Questioning the evidence for Earth's oldest fossils. Nature 416, 76-81.

miércoles, 6 de septiembre de 2017

Las algas que mataron a los dinosaurios

Majungasaurus crenatissimus, un depredador terrestre de la Formación Maevarano. Imagen.
Hace setenta millones de años, bandadas de saurópodos de cuello largo, terópodos feroces, cocodrilos, lagartos y aves del tamaño de cuervos acudían a calmar la sed en un río que se estaba secando rápidamente. No lograron escapar de lo que resultó ser una trampa mortal. Todos, grandes y pequeños, quedaron sepultados en el lecho del río, formando lo que ahora es una espectacular serie de yacimientos fosilíferos de la Formación Maevarano del noroeste de Madagascar. La semana pasada, un reportaje en la sección News de Science apuntaba a que las responsables de esa masacre pudieron ser las floraciones de algas tóxicas en el agua que había atraído a los animales.
Una floración de algas es el resultado visible de la multiplicación y acumulación en cuestión de horas o días de organismos fitoplanctónicos (algas y cianobacterias), que se produce en condiciones ambientales tales como el aumento de temperatura, el aumento de nutrientes disponibles o inmovilidad de la masa de agua que producen eutrofización. Tales floraciones pueden producir alteraciones a la salud humana, la vida marina o la economía del área afectada. Estas proliferaciones generalmente provocan cambios en la coloración del agua de mar, por lo que han recibido el nombre de “mareas rojas".
Marea roja en las costas de Chile. Foto.
Pocos fenómenos naturales marinos a lo largo de la historia han despertado tanta curiosidad, asombro y temor como los cambios de color en el mar y la bioluminiscencia nocturna. Esos acontecimientos se encuentran asociados a las floraciones de microalgas que, en ocasiones pueden ser altamente tóxicas. Desde tiempo inmemorial, las poblaciones humanas costeras han asociado esos procesos a la toxicidad de los organismos marinos que constituían su ingesta habitual. Por todo el mundo, esos pueblos han acuñado términos que identifican claramente a estos fenómenos: "purga do mar" (Galicia), "eau rouges" (Francia), "tacqua rossa" (Italia), "akashiwo" (Japón), "red tides" o "red water" (paises angloparlantes), "tingui" (Cuba), "turbio" (Venezuela). Los registros de intoxicaciones de seres humanos por consumo de peces y mariscos o por contacto accidental con organismos marinos son tan antiguos como la Humanidad. Hay quien sostiene que probablemente el registro más antiguo de los efectos tóxicos de microalgas aparece en el Antiguo Testamento, cuando las aguas de Egipto se transformaron en "sangre", que provocó la muerte masiva de peces.
Los yacimientos masivos como el de Madagascar siempre han sido un misterio: ¿Por qué murieron la vez tantos animales? Las inundaciones y los volcanes son las causas que se invocan más frecuentemente, y durante años los investigadores sospecharon que fue la sequía la que mató a los animales cuyos fósiles se acumularon en la formación Maevarano. Las lluvias torrenciales surgidas de cuando en cuando durante prolongados períodos de sequía podrían haber creado ríos turbulentos cargados de enormes cantidades de sedimentos que enterraron a los animales y dejaron a sus esqueletos intactos.
Beelzebufo ampinga. Imagen
Maevarano es una formación de rocas sedimentarias del Cretácico superior situada en la provincia de Mahajanga, en el noroeste de Madagascar. De edad Maastrichtiense, consiste en sedimentos de un ambiente fluvial semiárido y estacional, cuyos ríos poseían una tasa de descarga muy variable. Es un yacimiento paleontológico con fósiles como el dinosaurio terópodo Majungasaurus, dos géneros de titanosaurios (Rapetosaurus y Vahiny), el noasáurido Masiakasaurus, la rana gigante Beelzebufo ampinga, y al menos 5 tipos de aves muy parecidas a dinosaurios. Majungasaurus, con sus 6-7 metros de largo fue el principal depredador terrestre. Los crocodyliformes eran muy abundantes y diversos. En un estudio publicado en la revista Journal of Vertebrate Paleontology, que resumía dos décadas de investigaciones, se informaba del hallazgo de 1200 ejemplares en un solo yacimiento del tamaño de una cancha de tenis.
Con el tiempo, el equipo de investigación comenzó a poner en duda que la sequía fuese la causa de la muerte masiva. Los animales grandes y pequeños yacen reunidos unos junto a otros, lo que sugiere que los cuerpos fueron enterrados donde murieron y que cualquiera que fuese la causa afectó a todo tipo de animales sin discriminación alguna. Además, lo que mató a esos animales fue algo extraordinariamente rápido y sucedió una y otra vez, como demuestran múltiples capas de lechos óseos. En el congreso anual de la Society of Vertebrate Paleontology celebrado en Calgary la última semana de agosto de este año, Raymond Rogers, firmante del mencionado artículo, apuntó varios indicios que sugieren el envenenamiento por algas: la postura arqueada de los animales muertos indica convulsiones en el cuello; una costra inusual de carbonato, similar a las dejadas por algas en otros sedimentos; y el gran número de aves muertas. Considerados en conjunto, dice, estas pistas sugieren que los asesinos fueron con casi absoluta seguridad las floraciones de algas tóxicas, que se pudieron producir repetidamente en el mismo lugar a finales del verano.
Pareja fosilizada de tortugas copulando en el Pozo Messel. Foto.
No es la primera vez que las floraciones de algas tóxicas han sido consideradas las responsables de muertes masivas. En 1878, un artículo de Nature apuntó a una peculiar postura de hiperextensión de cuello en ganado muerto cerca de un lago australiano similar a las posturas de los animales de Maevarano; las pruebas confirmaron que los animales habían ingerido cianobacterias tóxicas. En un artículo publicado en 2014 en Proceedings of the Royal Society, B, Pyenson y colaboradores sugirieron que desde hace once millones de años las algas tóxicas mataron periódicamente a centenares de ballenas y otros animales marinos en la costa del desierto de Atacama, en lo que es ahora Chile.
Las algas incluso podrían estar implicadas en el famoso Pozo Messel de Alemania. Messel es el mejor sitio fosilífero del mundo para conocer el medio ambiente del Eoceno, el periodo geológico que se inició unos 57 millones de años antes de nuestra era y finalizó unos 21 millones de años después. El sitio proporciona una información única en su género sobre las primeras etapas de evolución de los mamíferos, de los que se encuentran fósiles excepcionalmente bien conservados, desde esqueletos perfectamente articulados hasta contenidos de sus estómagos.
Esa serie de fosas comunes del Eoceno está llena de pájaros y murciélagos, lo que descarta una explicación clásica que apuntaba a emanación repentina de dióxido de carbono en un antiguo lago. Se pensaba que durante el Eoceno el área que rodeaba el yacimiento era tectónica y geológicamente activa, lo que permitió emitir la hipótesis de que emanaciones como la del lago Nyos (1986) pudieran explicar la gran cantidad de especies no acuáticas. La inversión periódica de las capas de agua podría haber liberado grandes cantidades de gases reactivos (como dióxido de carbono o sulfuro de hidrógeno) en el lago y sobre los ecosistemas cercanos, matando a los organismos más vulnerables. Las aves y los murciélagos que volaban cerca de la superficie durante esas erupciones podrían haber caído al agua, y los animales terrestres podrían haber muerto cuando se encontraban al borde del lago.
Sin embargo, esa hipótesis no explica por qué algunos animales habían muerto todos en la misma época del año, pero en diferentes años. El equipo del paleontólogo Wighart von Koenigswald encontró indicios de una toxina producida por las cianobacterias en los sedimentos de Messel. A partir de entonces, dedujeron que las muertes en la misma época del año se debían a un envenenamiento estacional del agua causado por el florecimiento de las cianobacterias. Además, los lechos incluyen tortugas atrapadas en plena cópula y yeguas preñadas, lo que sugiere que las muertes ocurrieron durante la temporada de apareamiento en diferentes años.
En Madagascar y en otros yacimientos falta aún confirmar la hipótesis del envenenamiento masivo por algas, pero Rogers y su equipo planean buscar trazas químicas o biomarcadores de algas en las rocas y en los fósiles. Si tal evidencia se encuentra en Madagascar, esa sería la prueba del nueve. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

martes, 5 de septiembre de 2017

Plantas transexuales: Un día dama y al otro caballero

Cuando hablé del sexo de los cocodrilos en una entrada anterior, me ocupé de la determinación sexual (genética o ambiental) en el caso de los animales. El caso de las plantas es algo más complicado. Simplificando bastante, hay que distinguir tres tipos de plantas: 1) Unisexuales dioicas: Cuando producen un único tipo de gametos. Por tanto, una especie dioica es aquella que tiene plantas que sólo forman flores femeninas o flores masculinas. 2) Unisexuales monoicas: Son aquellas que en la misma planta se dan órganos sexuales masculinos y femeninos. Dicho de otra forma, son monoicas las especies cuyas plantas tienen ambos sexos, pero en flores unisexuales separadas. 3) Si los sexos coinciden en la misma flor, entonces se denominan hermafroditas.

Cuando las plantas son hermafroditas o unisexuales monoicas, aparece un problema importante, el de la endogamia degenerativa, que las plantas tratan de evitar aplicando diferentes mecanismos. Uno de los más curiosos es la dicogamia o diacronismo, que describe la condición en la que existe una separación temporal en la maduración de los sexos dentro de la misma flor o de la misma planta. Hay dos formas de dicogamia: 1) la protandria o proterandria, en la que la maduración del androceo precede a la del gineceo; favorece la alogamia y es la condición más frecuente en especies con dicogamia intrafloral. 2) la protoginia o proteroginia, en la que, por el contrario, el gineceo madura antes que el androceo; está asociada con la autogamia, por lo que este proceso es un recurso evolutivo para asegurar la producción de frutos y semillas. El aguacate es un intersante ejemplo de protoginia.

Figura 1. Caracteres generales de Persea gratissima

El aguacate, Persea gratissima o Persea americana, es un árbol frutal de la familia de las Lauráceas domesticado por los pueblos indígenas centroamericanos hace unos 7.000 años. En condiciones óptimas de cultivo el árbol puede superar los 20 metros de altura, aunque se conoce algún ejemplar silvestre que alcanza los treinta. Los ejemplares injertados son mucho más bajos, lo cual facilita la recolección de los frutos. El tronco posee una corteza gris-verdosa con fisuras longitudinales. Las hojas (1A), alternas, con peciolo de 2–5 cm y limbo generalmente glauco por el envés, estrechamente elípticas, ovadas u obovadas, de 8–20 x 5–12 cm, coriáceas, de color verde y escasamente pubescentes en el haz, pero muy densamente por el envés que es de color marrón amarillento y donde resalta el nervio central.

Las inflorescencias (1B) son panículas de 8–4 cm de largo con flores poco llamativas. Carecen de pétalos. Tienen un perianto densamente pubescente, de tubo muy corto y seis tépalos oblongos de medio centímetro, los 3 exteriores más cortos (1C). Hay seis estambres fértiles de unos 4 mm, con filamentos pubescentes, organizados en círculos concéntricos. Otros seis estambres estériles son estaminodios nectaríferos. Con su néctar las abejas producen una miel oscura con un sabor muy peculiar.

Figura 2. El ovario monocarpelar y uniovulado del aguacate produce una baya.
El ovario, monocarpelar y uniovulado, es ovoide, de unos 1,5 mm, densamente pubescente, con estilo también pubescente de 2,5 mm terminado por un estigma discoidal algo dilatado. El fruto presenta un epicarpo de color verde a púrpura oscuro. El mesocarpo y el endocarpo, indistinguibles, forman la pulpa firme, aceitosa, de color amarillo a verdoso. Contiene una semilla grande (5-7 cm), dura y pesada, redonda o con punta, de color marfil pero con dos envolturas papiráceas muy delgadas de color café, que a menudo quedan adheridas a la pulpa. La semilla (1D) no tiene endosperma pero sí dos grandes cotiledones. Germinan con facilidad poniéndolas cerca de un recipiente con agua (1E).

Figura 3. Flores proteroginas. 
Las flores hermafroditas del aguacate evitan la autofecundación de una manera muy original. Son diacrónicas. Se abren en dos fases separadas temporalmente. En la primera fase todas las flores de un mismo árbol se abren como femeninas con el pistilo únicamente receptivo al polen de otros árboles, pero con los estambres sin desarrollar para que su polen no pueda fecundar al propio pistilo.

Las flores que aparecen en la Figura 3 imagen está en fase femenina y en ella se aprecia el ovario engrosado de color blanco del que sale el pistilo que acaba en el estigma receptor del polen. Rodeando el ovario están los tres nectarios de un vivo color anaranjado, rodeados por los seis estambres en cuyo extremo se encuentran las anteras repletas de polen aún inmaduras.

Figura 4. Flor de aguacate en fase masculina. Los sépalos se han inclinado hacia abajo para dejar bien expuestos los estambres y facilitar así la impregnación con polen de los insectos. En esta segunda fase los tres nectarios siguen produciendo abundante néctar para atraer a los polinizadores hacia las flores.

De alguna manera misteriosa que todavía no ha podido ser explicada, todos los individuos de un mismo cultivar se ponen de acuerdo para florecer en la misma fase a días alternos. En las grandes plantaciones de aguacates se suelen sembrar cultivares distintos entremezclados, pues si se sembrasen todos del mismo cultivar florecerían todos en la misma fase y no darían ningún fruto. Para conseguir que fructifiquen en las plantaciones de un mismo cultivar, se recurre a la siembra aleatoria de algunos ejemplares híbridos sin raza, cada uno de los cuales florece en una fase distinta, de manera que se asegura una buena polinización cruzada, ya que sea cual sea la fase de la floración siempre habrá varios aguacates floreciendo en una fase distinta. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

domingo, 3 de septiembre de 2017

Pilobolus, el organismo más rápido del mundo

Las heces de herbívoros son el hábitat de las especies de Pilobolus, cuyos esporangióforos blanco-amarillentos aparecen en la fotografía. Foto. 
¿Alguna vez te has parado a mirar de cerca las heces de un caballo? No, ¿verdad? Pues te has perdido un espectáculo: el del ser vivo más rápido del planeta: el hongo Pilobolus, del que existen varias especies, todas ellas con idéntico comportamiento. Veaneste vídeo y luego lean.
Pilobolus es un descomponedor coprófilo (del griego copro y filia: atracción por las heces fecales) lo que, eufemismos aparte, significa que vive a expensas de la mierda. Hagamos primero una loa de los descomponedores, sin los cuales hace tiempo que la vida habría desaparecido de la faz de la Tierra enterrada en sus propios restos. Descomponedores los hay en todos los reinos orgánicos –desde las bacterias a los mamíferos- pero abundan especialmente en algunos como el de los hongos.
Para Pilobolus, los excrementos de herbívoros son su hogar y su festín; todo lo que no sea estar rodeado de heces es transitorio, un paso más en el camino hacia la felicidad total que representa para ellos una buena bóñiga fresca. Así las cosas, este hongo apenas visible al ojo humano salvo cuando se reproduce, se las ha ingeniado para buscar su medio natural. Incluso lo que para muchos organismos es un fin -la reproducción sexual- para Pilobolus es algo así un acto de última voluntad, una actividad que solamente llevará a cabo cuando las condiciones del medio le sean tan desfavorables que o se reproduce o muere. Mientras haya excrementos a su alrededor, no pierde el tiempo: crece todo lo que puede, absorbe todo lo que encuentra y se reproduce rápida y eficazmente por vía asexual.
El moho del pan presenta el mismo ciclo vital que Pilobolus. La gran diferencia es que en el moho del pan el esporangio es una vesícula terminal que dispersa sus esporas por el viento. En Pilobolus el esporangio es lanzado como una bala de cañón. Elaboración propia.
Pilobolus es un Zygomycete, es decir, un hongo de la misma clase que el conocido moho del pan. El moho del pan, Rhizopus nigricans, cuyo ciclo aparece en la figura adjunta, es otro organismo especializado en descomponer materia orgánica. Rhizopus extiende su delicado cuerpo, el micelio, formado por unos delgados filamentos llamados hifas, sobre el pan o sobre cualquier otra materia orgánica similar. Mientras crece produce continuamente esporas asexuales que se forman en el interior de unos minúsculos esporangios esféricos y negros, que contienen centenares de esporas que son liberadas al medio una vez que el esporangio se rompe. La dispersión de las ligerísimas esporas la realiza el viento. El ciclo de vida del moho del pan es similar al de Pilobolus, pero este ha debido resolver un problema que le ha convertido en un verdadero misil.
Pilobolus kleinii. 1: extremo del esporangióforo. 2: vesícula subesporangial. 3: esporangio lentiforme. El esporangióforo y la vesícula recubiertos de cristales de oxalato cálcico. Foto.  

El ciclo de vida de Pilobolus comienza con un esporangio apenas visible pero cargado de centenares de esporas que aterriza sobre la hierba. Cuando un animal, un caballo o cualquier otro herbívoro, pace, consume también el esporangio. Este resiste el ataque de los ácidos gástricos y sobrevive a través del tracto gastrointestinal y, sin germinar, sale otra vez a la luz con las heces fecales. Pilobolus ha acabado su viaje y ya está en su hogar, que es como una gigantesca despensa de sabrosas (para él) heces. Así que hace lo que haría cualquiera después de un largo viaje en ayunas: comer. Para alimentarse necesita crecer, puesto que los alimentos los obtiene segregando enzimas digestivos sobre los excrementos para luego absorber los nutrientes por difusión a través de todo el micelio.
De manera que una vez en la bóñiga calentita y cargada de nutrientes, el esporangio libera sus esporas y de cada una de ellas surge un micelio que descompone ávidamente el medio que la rodea. A medida que se alimenta, la despensa mengua, así que el previsor Pilobolus se multiplica por reproducción asexual, un método rápido y eficaz para propagarse. Únicamente cuando vengan mal dadas, cuando las condiciones ambientales le sean muy desfavorables, el hongo realiza la reproducción sexual mediante la producción de una zigóspora de resistencia en la que aguardará a que escampe.
La estructura asexual de las especies de Pilobolus es única. Se compone de una hifa transparente, el esporangióforo, una especie de hilo de apenas un par de milímetros, que se eleva por encima de los excrementos para rematar en una vesícula esférica de color amarillo vivo. En su extremo se desarrolla un único esporangio con forma de lenteja, que es al principio amarillo y posteriormente negro. El esporangióforo tiene la notable capacidad de orientarse para apuntar directamente hacia una fuente de luz. La vesícula subesporangial, rellena de líquido, actúa como una lente, concentrando la luz a través de pigmentos carotenoides depositados cerca de la base de la vesícula y dirigiéndola hacia la luz.
Cuando la presión de turgencia dentro de la vesícula sube a un nivel suficiente, unas siete atmósferas o más (la presión de unos neumáticos normales es de unas dos atmósferas), la burbuja revienta y el esporangio sale disparado hasta alcanzar una distancia máxima de unos dos metros. Para un esporangio de menos de un centímetro, eso supone una aceleración de 0 a 20 km/h en sólo dos nanosegundos, más de 20.000 veces la aceleración de la gravedad, lo que equivale a un ser humano que fuera lanzado a 100 veces la velocidad del sonido (121.792 km/h) [1]. La orientación del esporangióforo hacia el sol temprano de la mañana, garantiza que el esporangio se dispara a cierta distancia de los excrementos, aumentando las posibilidades de que se adhiera a la vegetación y sea ingerido por un nuevo hospedante.
Pilobolus kleinii. Foto.  
Después de maravillarnos con lo que estas esporas increíbles son capaces de hacer, sólo cabe preguntarse: ¿por qué lo hacen? La respuesta tiene que ver con la física del tamaño del proyectil en entornos aéreos, pero comenzaremos con lo básico. Para que estos hongos se reproduzcan primero tienen que ser comidos por un herbívoro, pero tienen un problema: crecen en heces. Un herbívoro sano no come sus propias heces, por lo que los hongos tienen que disparar sus esporas sobre la hierba limpia.
El único problema es que estas esporas son tan pequeñas que las fuerzas aerodinámicas se intensifican exponencialmente. Cuanto más pequeño y ligero sea algo, más fácil es que las fuerzas aerodinámicas contrarresten la fuerza que lo impulsa. Trata de lanzar una pelota de pingpong tan fuerte como puedas; después lanza una pelota de golf. Ambas tienen la misma forma y un tamaño similar, pero obviamente la de pingpong se quedará más cerca debido a las fuerzas aerodinámicas contrarrestantes. Así que, básicamente, como las esporas son tan increíblemente pequeñas y ligeras necesitan esa fuerza explosiva con el fin de impulsarse lejos de las heces en las que crecieron.
Otra adaptación de Pilobolus es que el esporangio está cubierto de cristales de oxalato de calcio. Además de servir como un mecanismo de protección frente a los ácidos, su naturaleza hidrófoba hace que el esporangio voltee sobre sí mismo y quede fijado sobre su base pegajosa después de haber aterrizado en una gota de rocío, lo que le permite aferrarse al sustrato vegetal. El mecanismo de descarga de Pilobolus es explotado por nemátodos parásitos incluyendo gusanos pulmonares del género Dictyocaulus. Los nematodos pulmonares larvales excretados por herbívoros infectados escalan a los esporangióforos de Pilobolus y salen disparados sobre el esporangio. Completan su ciclo de vida cuando ellos y su vector Pilobolus son ingeridos por un nuevo huésped. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.


[1] El animal más rápido del mundo es, según cuentan, el escarabajo tigre (género Cicindela), que llega a alcanzar el equivalente a 400 km/h. Hay quien sostiene, sin embargo, que es el ácaro Paratarsotomus macropalpis, que duplicaría esa velocidad.