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Peligro bajo la arena, ¿escarabajos
contra tortugas? |
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Ariadna Leonor Merlín Hernández y Humberto Gutiérrez
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Todos los seres vivos, desde bacterias hasta
vertebrados, han estado en una constante disputa por seguir existiendo a pesar de las condiciones adversas que se presentan en el ambiente. Un caso en particular son las especies integrantes del orden Chelonia (tortugas), pues han persistido desde la extinción de los dinosaurios hasta el auge de los mamíferos; además de ser un grupo de los cuatro órdenes sobrevivientes de los reptiles, que aparecieron en la Tierra hace más de 200 millones de años, es decir, en el periodo Jurásico tardío. Los quelonios en la actualidad cumplen su función ecológica en los océanos como reguladores de las poblaciones de medusas al ser su principal depredador, así como aquellos que brindan mantenimiento a los pastos marinos. Cabe destacar que una de sus principales aportaciones ecológicas hacia el medio terrestre es el traslado de una gran biomasa compuesta principalmente de huevos ricos en grasas y proteínas, los cuales son susceptibles a la depredación por parte de otros organismos, que van desde insectos hasta grandes vertebrados como los humanos; estos últimos son la principal amenaza que está llevando al borde de la extinción a las poblaciones de tortugas marinas por la comercialización masiva de los huevos.
La amenaza a las poblaciones de tortugas por parte de los humanos no siempre es directa, ya que a causa del desarrollo de la sociedad se han presentado grandes factores, como la contaminación y el calentamiento global, que han provocado un desequilibrio ecológico en diferentes ecosistemas. Un caso particular de este tipo de afectación, por inestabilidad ecológica, se presenta en la costa del estado de Oaxaca, México, en la playa Escobilla, uno de los sitios más grandes de anidación a nivel mundial de la tortuga golfina (Lepidochelys olivacea), la cual se ve gravemente afectada por la depredación de sus huevos por el escarabajo Omorgus suberosus.
Escarabajos
El protagonista pertenece a la familia de los trógidos, que forman un grupo pequeño que integra especies de escarabajos degradadores de materia orgánica en descomposición como cuero, pelos, plumas y otros restos animales. Desempeñan un papel importante en el reciclaje de nutrimentos ya que se encargan de la reincorporación al suelo de muchos compuestos orgánicos al enterrar excremento y materia orgánica en descomposición para hacer sus nidos.
Los escarabajos se encuentran ampliamente distribuidos en el país –hay reportes tanto en zonas centrales como en zonas costeras (océano Pacífico y Golfo de México). Una amplia gama de estudios ha evaluado la diversidad de escarabajos en determinadas regiones geográficas, encontrando como principal especie representante de la familia Trogidae a Omorgus suberosus, lo que es muestra del impacto ecológico que tiene como reciclador de materia orgánica en descomposición.
O. suberosus es una especie de coleóptero que muestra una gran plasticidad para adaptarse a las diferentes presiones ambientales, principalmente a la presencia de la actividad antropogénica, por lo que se presenta abundantemente en sitios con mayor impacto ambiental.
Relación depredador-presa
Desde hace más de dos décadas, dicho escarabajo ha estado relacionado con una problemática ambiental de gran trascendencia, ya que se le atribuye 70% de la mortandad de los huevos de la tortuga Lepidochelys olivacea en la playa Escobilla. Este sitio presenta características especiales que la hacen propicia a una alta diversidad de fauna edáfica, particularmente entomofauna: hay registros de siete especies de escarabajos diferentes de O. suberosus que se encuentran dentro de las familias Trogidae (una o dos especies), Heteroceridae (dos), Histeridae (una) y Tenebrionidae (dos). Esto genera un amplio nicho para los organismos saprobios y necrófagos debido a la alta incorporación de materia orgánica generada cada año por la anidación de tortugas.
La relación que se plantea entre O. suberosus y L. olivacea es principalmente de depredadorpresa, y su mayor impacto es sobre huevos, embriones y crías de las tortugas. Se ha registrado la presencia de larvas y adultos en nidos con alta tasa de mortalidad de huevos, así como una relación densodependiente positiva entre la abundancia de huevos y escarabajos por nido. Partiendo de lo anterior, se han propuesto y aplicado diversos métodos de control del escarabajo en los nidos, utilizando muestreo directo y trampas de caída. Recientemente se han propuesto técnicas innovadoras, como la ecología química enfocada al escarabajo (está basada en la ecología de la especie a nivel de los metabolitos secundarios que se utilizan en la búsqueda de alimento y reproducción) y el control biológico (propiciar un organismo antagónico natural de la especie que se necesita controlar) como medidas más eficientes en el combate de esta plaga, que en teoría está afectando la abundancia de la tortuga golfina.
Situación actual
La mayoría de los estudios realizados desde el año 1987 hasta la fecha han señalado que el escarabajo O. suberosus es un depredador potencial de los huevos de tortuga. Sin embargo, en sus metodologías no han enfatizado el estado vital del huevo, es decir, el grado de daño que presentan los embriones a priori a la depredación. Rosano y Deloya realizaron un análisis de todos los trabajos publicados de 1987 a 2000 y llegaron la conclusión de que es importante efectuar un estudio en donde se evalúe la preferencia alimenticia de dicho escarabajo en condiciones controladas, puesto que existe la posibilidad de que tal organismo no esté depredando, sino que solamente explote su nicho ecológico y sean factores externos a esta relación los que afecten de manera furtiva la sobrevivencia de los huevos.
En un estudio reciente, el grupo de trabajo de Halffter abordó esta temática, sin embargo sólo evaluaron la densodependencia del escarabajo con respecto de la cantidad de huevos en el nido, tratando de demostrar con ello la total relación de depredación antes dicha. No obstante a pesar de la evaluación de la dieta de O. suberosus propuesta en el trabajo de Rosano y Deloya aún no se ha dilucidado este asunto y es importante su resolución, puesto que en los últimos años la implementación de medidas de control sobre los escarabajos ha tomado relevancia y es posible que, contrario a lo esperado, se afecte negativamente la playa y se perjudique el reciclaje de materia orgánica en descomposición, lo que ocasionaría una elevación en los niveles de sulfuro de hidrogeno (H2S), teniendo un resultado deletéreo en la anidación de los quelonios.
Trabajo comunitario
Se han tenido antecedentes acerca de esta problemática por parte de los trabajadores de la cooperativa del santuario Escobilla, quienes han realizado colectas de nidos con ayuda de la comunidad, juntando aproximadamente cien nidos, que mantuvieron en un corral de incubación dentro de la misma playa, con un éxito de eclosión muy alto. Entre las observaciones efectuadas durante el periodo de incubación se evidenció la escasa presencia de escarabajos en el área a pesar de que se encontraban en la misma playa.
Estos datos proveen información que podría servir como un eje para lograr métodos más eficientes en la conservación de la tortuga golfina, pero también pueden ser utilizados como antecedentes para siguientes evaluaciones acerca de las preferencias en la dieta de los escarabajos, lo cual permitirá conocer más sobre la relación entre estos dos organismos.
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Referencias bibliográficas
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| Ariadna Leonor Merlín Hernández Humberto Gutiérrez Salgado Universidad del Mar, Puerto Escondido, Oaxaca. |
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cómo citar este artículo →
Merlín Hernández, Ariadna Leonor y Humberto Gutiérrez Salgado. 2016. Peligro bajo la arena: ¿escarabajos contra tortugas? Ciencias, núm. 120-121, abril-septiembre, pp. 72-74. [En línea].
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| Cristian Cornejo Latorre y Sergio Ticul Álvarez Castañeda | |||||||||||
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La sistemática filogenética, la filogeografía y la ecología
molecular son disciplinas encargadas de estudiar los procesos evolutivos de los organismos en diferentes niveles. En los últimos años han mostrado un avance notable propiciado por las innovaciones tecnológicas que han permitido disponer de una gran cantidad de información sobre la variabilidad de los seres vivos en forma de secuencias de adn y la aplicación de herramientas conocidas como marcadores moleculares. Aunado a esto, los avances teóricos han permitido emplear sofisticados algoritmos y herramientas estadísticas en el estudio de los procesos ecológicos y evolutivos. En particular, la aplicación de las herramientas moleculares ha revolucionado los marcos teóricos y metodológicos existentes en las ciencias biológicas, dando origen a marcos conceptuales que han permitido ubicar y responder mas recientes interrogantes. Los nuevos enfoques de investigación han sintetizado adecuadamente el surgimiento de innovadoras explicaciones a preguntas pendientes en evolución y ecología. La amplitud y el tipo de problemas que se han respondido al combinar los enfoques de sistemática filogenética, filogeografía y ecología molecular son múltiples, con aplicaciones en aspectos taxonómicos, biogeográficos, ecológicos y de conservación biológica. La perspectiva integral en la comprensión de la historia evolutiva, los patrones de distribución geográfica y los procesos ecológicos de los seres vivos ha permeado las disciplinas evolutivas, provocando un fuerte impacto en términos del número de publicaciones, su relevancia e influencia en otras disciplinas biológicas.
El componente evolutivo
En el estudio de las relaciones filogenéticas y filogeográficas de los organismos van implícitos los procesos evolutivos, ya que involucran el estudio de las relaciones ancestrodescendiente y el reconocimiento de las causas históricas en la distribución geográfica de las especies. La ecología molecular también tiene un fuerte componente evolutivo al estudiar los cambios en la estructura genética de los organismos y los procesos asociados a tales cambios.
Los fundamentos de la sistemática filogenética se encuentran en las ideas de Charles Darwin, quien consideró que la evolución es producto de la descendencia con modificación a partir de un origen único de la vida, por lo que la historia evolutiva de los organismos debe reflejar sus patrones de ancestría y descendencia. El entomólogo Willi Hennig retomó las ideas de Darwin y fundó la sistemática filogenética o escuela cladística, una disciplina con más de cuarenta años de existencia que se ha enriquecido con propuestas teóricas y metodológicas a lo largo del tiempo. Su objetivo es inferir la historia evolutiva de los organismos con base en evidencias de los mismos (sus caracteres).
El principio de clasificación en cladística se basa en el concepto de homología, que hace referencia a dos estructuras morfológicamente semejantes y cuya semejanza se debe a que derivan de una estructura ancestral común. En cladística, las novedades evolutivas o los caracteres derivados compartidos, denominados sinapomorfías, son clave para inferir las relaciones evolutivas de los organismos. Las sinapomorfías permiten reconocer los grupos monofiléticos (entidades históricas con un origen común a todos sus descendientes). Los caracteres primitivos son denominados simplesiomorfías y son muy útiles para contrastar hipótesis de caracteres novedosos (sinapomorfías) contra las de caracteres primitivos (simplesiomorfías).
En cuestiones geográficas, Darwin tuvo dos grandes contribuciones: reconoció la intervención de causas históricas en la distribución de las especies y consideró que mediante las relaciones de ancestríadescendencia se pueden inferir las relaciones de las áreas geográficas. La filogeografía se enmarca dentro de la biogeografía histórica (el estudio de la dimensión espacial de la evolución biológica), cuya premisa es que “la Tierra y la biota evolucionan juntas”. Desde este enfoque evolutivo, una propuesta biogeográfica histórica representa un conjunto de hipótesis que se refieren a la distribución de la biota y sus interpretaciones históricas.
La filogeografía es un campo de investigación que surgió a finales de los ochentas, impulsada inicialmente por los trabajos del genetista evolutivo John C. Avise, quien acuñó la palabra Phylogeography y la definió como “el campo de estudio de los principios y procesos que gobiernan la distribución geográfica de los linajes genealógicos a nivel de especie o de especies cercanamente emparentadas”. Los análisis filogeográficos evidencian el grado de estructura poblacional de las especies. En aquellas especies con gran capacidad de movimiento (cetáceos, peces, iguanas marinas y aves rapaces), las estructuras filogeográficas suelen ser poco definidas por no ser muy divergentes. Especies con mucha menor movilidad (tortugas terrestres, serpientes, salamandras, roedores) suelen tener una estructura mejor definida; aunque es importante considerar que gran parte de la estructura filogeográfica de las especies puede ser explicada por el tamaño pequeño de las poblaciones y su limitado flujo génico, en lugar de una historia vicariante (proceso que divide la distribución geográfica de la biota debido a la formación de una barrera física que impide el flujo génico de los individuos).
El origen de la ecología molecular se encuentra en el trabajo de Edmund B. Ford de 1964, que marca el inicio de la aplicación de técnicas genéticas para responder a preguntas ecológicas. Dicho autor pone especial énfasis en “los ajustes y adaptaciones de las poblaciones a su ambiente desde una perspectiva que permita investigar el proceso real de la evolución que tiene lugar en el momento presente”. Éste fue el primer intento, con un enfoque evolutivo, de estudiar e interpretar las variaciones de la adecuación de los caracteres ecológicamente significativos de los organismos. A partir del desarrollo y uso de los marcadores moleculares (los puntos de referencia dentro del genoma) fue posible describir las variantes genéticas de los organismos y, por lo tanto, conocer las diferencias y similitudes genéticas entre individuos.
La ecología molecular es una disciplina que emplea herramientas conocidas como marcadores moleculares para resolver problemas ecológicos y evolutivos, abarcando el estudio de las relaciones genéticas a nivel de individuos, poblaciones y especies. Tiene un gran auge a partir de la publicación de la revista Molecular Ecology en 1992, cuando el término se hizo más popular, mostrando desde entonces un crecimiento constante en el número de publicaciones bajo este enfoque, con mayor diversidad de temáticas y conexión con otras disciplinas.
El ADN como fuente de información
El primer paso para realizar un estudio filogenético es determinar el tipo de caracteres que se emplearán, es decir, datos morfológicos o moleculares. Teóricamente un carácter molecular es lo mismo que un carácter morfológico (son atributos heredables de los organismos). Sin embargo, los caracteres moleculares presentan algunas ventajas con respecto de los caracteres morfológicos, como: 1) el enorme tamaño del conjunto de datos; 2) proporcionan un registro filogenético que abarca desde tiempos cercanos al origen de la vida hasta tiempos recientes; 3) en algunos casos no hay efecto ambiental en los caracteres (adn mitocondrial); 4) la descripción de los estados de caracteres no es subjetiva (esto es adenina o guanina, no “azul” o “menos azul”); 5) es relativamente fácil generar una matriz de miles de caracteres; 6) algunos genes homólogos existen en todos los grupos biológicos; 7) las diferentes regiones del genoma tienen distintas tasas de evolución; y 8) permiten estudiar problemas filogenéticos a distintos niveles.
Por su parte, los caracteres morfológicos presentan las siguientes ventajas: a) se pueden obtener a partir de ejemplares depositados en colecciones y museos; y b) se puede realizar el estudio de especímenes fósiles.
Para ambos tipos de carácter el tamaño de muestra es variable. Con los morfológicos, los taxónomos deben analizar muestras grandes para delimitar la variación de un carácter dentro de la especie, mientras que las muestras de los moleculares son usualmente más pequeñas. En general, no se puede argumentar cuál de los tipos de datos es mejor que el otro, ya que el tema se cierne a cómo se eligen y se registra la variación de los caracteres. Ante esto, la mejor opción es incorporar en los análisis ambos tipos de datos, lo cual resulta en mejores inferencias evolutivas que en aquellos que sólo incluyen un tipo de carácter.
Para determinar las relaciones genealógicas en los estudios filogeográficos es indispensable el uso de marcadores genéticos o secuencias de adn que no sean recombinantes. Las propiedades del adn de las mitocondrias que hacen que sea un marcador muy útil en filogeografía son las siguientes: 1) se hereda vía materna; 2) presenta una alta tasa de mutación, lo que implica sustituciones nucleotídicas; 3) no presenta recombinación genética; 4) al ser neutral, la distribución de los haplotipos (conjunto de alelos que provienen de un solo cromosoma) está más influenciada por los eventos demográficos en la historia poblacional que por la selección natural; y 5) se amplifica de manera relativamente sencilla.
En ecología molecular se emplean marcadores genéticos moleculares basados en adn (proteínas, secuencias) o en arn. Elegir el tipo de marcador molecular más adecuado depende de la pregunta que se quiere responder en el estudio ecológico. En términos generales, se debe considerar el nivel de variabilidad genética que puede revelar cada marcador. Asimismo se deben tomar en cuenta las características genéticas y evolutivas de los marcadores moleculares tales como: la forma parental de herencia (biparental o materna), la forma de herencia y expresión (dominante o codominante) y las tasas de mutación y de divergencia.
Los métodos de análisis
En sistemática filogenética, una vez que se ha determinado el tipo de caracteres (moleculares o morfológicos) se procede a decidir la forma en que se analizarán los mismos. En general, es posible incluir en el estudio el conjunto de caracteres por separado (congruencia taxonómica) o combinarlos en una matriz de caracteres única (evidencia total), la cual es una tendencia actual en los estudios publicados.
Para los análisis basados en congruencia taxonómica se utilizan árboles de consenso que se generan a partir de agrupamientos comunes entre las topologías mejor sustentadas y obtenidas a partir de diferentes matrices de datos. El procedimiento consiste en: 1) generar las matrices de datos; 2) obtener hipótesis de relación para cada conjunto de datos (conocidas como árboles fundamentales); y 3) realizar un consenso de las topologías obtenidas. Por su parte, los análisis basados en evidencia total utilizan la congruencia de caracteres para encontrar la mejor hipótesis filogenética a partir de un conjunto de sinapomorfías sin separarlas en tipos. Si se encuentran proposiciones igualmente parsimoniosas se usan consensos para resumir dichas alternativas, es decir, se busca una hipótesis única que explique de mejor forma los datos, lo que implica maximizar la congruencia de caracteres.
Cuando se ha decidido la forma en la que se analizarán los datos se procede a especificar el algoritmo bajo el cual se inferirán las relaciones filogenéticas. Los métodos más comúnmente utilizados en cladística son: máxima parsimonia, máxima verosimilitud y el análisis bayesiano.
El método de máxima parsimonia se basa en un mínimo de suposiciones a priori de los datos. Se asume que cualquier carácter heredable es una homología potencial. Por lo tanto, al momento de inferir los árboles filogenéticos todos los caracteres son tratados de igual manera, con el “mismo peso” o influencia. Bajo este criterio, el mejor árbol filogenético será aquel con la mínima cantidad de cambios evolutivos que se requieran para explicar una determinada matriz de caracteres.
Los métodos de máxima verosimilitud (maximum likelihood) y el análisis bayesiano son algoritmos estadísticos que se basan en modelos de evolución molecular y que toman en cuenta el conocimiento a priori de los caracteres, particularmente los moleculares (a saber, secuencias de nucleótidos de adn). La máxima verosimilitud estima cuál es la probabilidad de que la matriz de caracteres sea explicada por los árboles filogenéticos, mientras que el análisis bayesiano infiere cuál es la probabilidad de que los árboles filogenéticos sean bien explicados por los datos, es decir, la matriz de caracteres. Con el algoritmo de máxima verosimilitud se necesita calcular cada árbol posible que puede ser derivado de los datos según el modelo de evolución seleccionado. Además, se debe calcular la longitud de ramas para cada árbol diferente. Algunos autores prefieren utilizar el análisis bayesiano sobre la máxima verosimilitud porque utiliza “atajos” para los cálculos mediante un algoritmo conocido como cadenas Markov de Monte Carlo, con el cual se realizan búsquedas por medio de un número menor de árboles según sus valores de probabilidades posteriores. Esto permite que el análisis bayesiano demande menos poder computacional y sea más rápido que el de máxima verosimilitud.
En cladística, el cladograma (figura 1) resultante se interpreta como una hipótesis filogenética a partir de la cual, entre otras cosas, se pueden realizar propuestas de cambios taxonómicos o bien la interpretación de la evolución de los caracteres.
En filogeografía, los aspectos más relevantes a considerar en los análisis son: 1) los haplotipos de una sola especie o especies cercanamente emparentadas se pueden interpretar como una unidad terminal; 2) los datos que se analizan son secuencias de genes que generalmente provienen de alguna región del adn mitocondrial (a saber, región control, el citocromo A o B); 3) las relaciones genealógicas entre los haplotipos se representan por medio de filogramas, donde las longitudes de las ramas expresan la cantidad de cambios evolutivos o el grado de divergencia genética; 4) la construcción de los filogramas se basa en los mismos algoritmos de la sistemática filogenética; y 5) los filogramas se superponen a la distribución geográfica a fin de interpretar el proceso evolutivo responsable de la dispersión de la especie o las especies bajo estudio.
Para evaluar la robustez de las hipótesis de asociación entre estructura geográfica y la historia de las poblaciones se utilizan pruebas estadísticas. Entre las hipótesis filogeográficas se incluyen aquellas que analizan si la distribución geográfica de las especies se ha expandido posteriormente al Pleistoceno (hace 11 000 años) o si se ha contraído, permaneciendo actualmente aislada como refugios pleistocénicos. Están aquellas hipótesis que analizan la dirección prevaleciente del flujo génico que se da mediante la dispersión de los organismos en dos o más poblaciones separadas geográficamente y aquellas que examinan la contribución que han tenido los procesos históricos en la estructuración de la arquitectura genética de las poblaciones. También se han incorporado algunos fundamentos de la genética de poblaciones (deriva génica, procesos de migración, tamaño efectivo poblacional), lo que ha permitido diferenciar entre las distribuciones geográficas históricas y las expansiones de una distribución previa a una distribución menor. Como tal, se basa en un conjunto de criterios diferentes a los de la biogeografía histórica para aceptar o rechazar las hipótesis históricas.
En filogeografía también es posible inferir aspectos demográficos de las poblaciones cuando el tamaño de muestra lo permite. Estos análisis demográficos se basan en la teoría de la coalescencia, misma que proporciona los métodos para detectar eventos en el pasado de las poblaciones, tales como el incremento exponencial en tamaño. Con un tamaño poblacional grande, el tiempo de coalescencia entre dos secuencias de adn (tiempo en que ambas convergen en la secuencia que les dio origen) es más grande. En cambio, en poblaciones pequeñas el tiempo de coalescencia es menor, ya que pueden estar más cercanamente relacionadas. Con base en las distancias génicas entre los individuos y suponiendo cierta tasa evolutiva se pueden obtener estimados provisionales de tiempo absoluto de coancestría materna a partir de adn mitocondrial.
Los estimados de tiempo acumulados para muchos individuos dan como resultado frecuencias pareadas de distribuciones de tiempos de coancestría conocidas como distribuciones mismatch, que se presentan como histogramas en donde se muestra el número de diferencias de sitios nucleotídicos (o restricción) observados entre pares de haplotipos. El histograma es multimodal en poblaciones con equilibrio demográfico y unimodal en poblaciones con una reciente expansión demográfica. Los datos del histograma se pueden comparar con el modelo de una población en expansión demográfica. Con una prueba de 2 estadísticamente significativa se acepta que la diferencia entre ambas poblaciones no es debida al azar y se observa en la estructura de la gráfica si las poblaciones experimentaron recientemente un crecimiento exponencial.
Bajo el enfoque de ecología molecular se puede considerar el estudio de diversas preguntas o problemas ecológicos y evolutivos. Por lo tanto, además de los marcadores moleculares es necesario tener información de los cambios cuantitativos y cualitativos en la composición genética a nivel temporal (a lo largo de las generaciones) o espacial (entre individuos, poblaciones y especies). En ecología molecular se considera que las relaciones genéticas entre individuos, poblaciones y especies es la faceta que mejor define la naturaleza, por lo mismo esto establece la escala de los estudios bajo tal enfoque. En tal contexto, se pueden hacer comparaciones entre los padres y su progenie o entre individuos de la misma especie que se encuentran separados espacialmente.
Particularmente, por medio del estudio y la aplicación de los marcadores moleculares se pueden responder diversas preguntas que consideren la estructura y diversidad genética y las interacciones genéticas de los organismos con el medio ambiente; entre éstas se encuentran: ¿qué población dio origen a ciertos individuos?, ¿cuántas poblaciones existen?, ¿las poblaciones han expandido o contraído su distribución geográfica en el pasado reciente?, ¿difiere el tamaño de las poblaciones en el pasado con respecto del presente?, ¿cuáles son las relaciones genéticas de los individuos?, ¿cuáles individuos han migrado?, ¿cuáles individuos son clones?, ¿cuál es la distancia promedio de dispersión de los gametos?, ¿cómo influyen las características del paisaje en la estructura de las poblaciones?
Importancia de las disciplinas evolutivas
La importancia de los estudios de sistemática filogenética radica en los siguientes aspectos: a) los sistemas de clasificación filogenéticos son una forma de comunicación del conocimiento de la diversidad biológica; b) éstos proveen el fundamento teórico para el estudio comparativo de la diversidad y su conservación; y c) son el marco histórico para interpretar los patrones de similitudes entre los organismos, sus interacciones ecológicas y su distribución geográfica. En el mismo sentido, las filogenias constituyen la base teórica para estudios de especiación, ecología, biogeografía y más recientemente se han incorporado a los métodos de análisis de la filogeografía.
La filogeografía, por su parte, ha permitido avanzar en la descripción de las distribuciones geográficas de las especies, sus relaciones filogenéticas y las distancias genéticas entre linajes. Los estudios filogeográficos han logrado una mejor comprensión de la biogeografía regional y las áreas de endemismo. Al comparar los patrones filogeográficos de varios grupos biológicos en una misma región se puede comprender la historia regional, lo que se conoce como filogeografía comparada. Al mismo tiempo, entender las respuestas históricas de las especies a los cambios ambientales y la evolución de áreas evolutivamente aisladas ha sido muy importante para la conservación. Esto ha permitido establecer estrategias de manejo por debajo del nivel de especie con datos moleculares, una política de conservación conocida como Unidades evolutivamente significativas.
En el contexto de otras disciplinas, la filogeografía tiene un papel importante al funcionar como un enlace entre genética de poblaciones, sistemática filogenética y biogeografía. Este carácter de unir las disciplinas micro y macroevolutivas le confiere una posición muy destacada en la biogeografía histórica, permitiéndole abordar preguntas que tradicionalmente eran del interés de la ecología y la biología evolutiva al explorar los patrones de dispersión y la conectividad genética al interior de las poblaciones en ámbitos ecológicos actuales o muy recientes.
Finalmente, mediante el enfoque de la ecología molecular se amalgaman la teoría ecológica y la evolutiva. La utilidad de este enfoque radica en la forma en la que se pueden unir subdisciplinas ecológicas muy dispares desde una perspectiva evolutiva y abordar problemas que los actuales programas de investigación por sí solos simplemente no pueden.
Las soluciones a gran parte de las preguntas ecológicas actuales requieren un enfoque multidisciplinario que, en muchos casos, se puede basar en un marco molecular. Por lo tanto, es deseable que la mayoría de los ecólogos adquieran un conocimiento mínimo de los métodos moleculares con el fin de que puedan reconocerlos y elegir aquellos que podrían aplicar. La utilización de herramientas moleculares amplía la gama de problemas ecológicos que se pueden abordar, por lo que el futuro para la ecología molecular parece ser prometedor.
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Referencias Bibliográficas
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| Cristian Cornejo Latorre Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, La Paz, Baja California Sur, Instituto Politécnico Nacional. Es candidato al grado de doctor en ciencias en el programa de Uso, Manejo y Preservación de los Recursos Naturales del Centro de Investigaciones Biológicas del Noreste, S. C., en La Paz, México. Sus intereses académicos se enfocan en el estudio de la diversidad, ecología, biogeografía y sistemática de mamíferos. Sergio Ticul Álvarez Castañeda Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, La Paz, Baja California Sur, Instituto Politécnico Nacional. Es investigador y curador de la colección de mamíferos del Centro de Investigaciones Biológicas del Noreste, S. C., en La Paz, México. Estudia aspectos sobre conservación, sistemática, taxonomía y evolución de mamíferos. Es miembro del SNI (nivel III) y es editor de la revista Therya de la Asociación Mexicana de Mastozoología, A. C. |
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cómo citar este artículo →
Conejo Latorre, Cristian y Sergio Ticul Álvarez Castañeda. 2016. Sistemática filogenética, filogeografía y ecología molecular: su importancia para el estudio actual de la biodiversidad. Ciencias, núm. 120-121, abril-septiembre, pp. 128-137. [En línea]
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| del mar |
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Un mimo en el
fondo del mar: el pulpo maravilloso |
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Inés Gutiérrez
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En la profundidad del océano, entre arena que nadie
ha pisado, habita un organismo que es difícil distinguir, un animal misterioso que cambia de forma. De un hueco emerge este extraño individuo y recorre con sigilo el fondo marino en busca de alimento. Ondula y asciende lentamente para lograr una mejor visión. Repentinamente detecta algo que lo hace parar: un tiburón; y en una fracción de segundo altera su forma, adquiriendo la de un animal espinado, de piel de otro color y un patrón rayado. El tiburón se detiene, se aleja y finalmente desaparece, tiene miedo de arriesgar su integridad. —¿Qué es eso?— pregunta Rudie Kuiter.
—No tengo idea— responde Roger Steene.
—¿Lo fotografiaste?— interpela Rudie, flotando quieta.
—Sí— contesta Roger con calma.
Rudie Kuiter y Roger Steene son fotógrafos submarinos y han descendido diez metros en el archipiélago del mar de Indonesia en busca de un animal que los pescadores locales describen como lo más extraño que han visto.
Con la mirada siguen a este insólito animal, lo ven adentrarse en un vacío y desaparecer; metros adelante brota lentamente de otro agujero, asoma los ojos primero y después el cuerpo, se aplana como un lenguado y avanza unos centímetros por encima de la arena. Ahora un nuevo peligro lo amenaza: un agresivo pez damisela. El exótico ejemplar se detiene abruptamente, introduce parte de su cuerpo en una cavidad del piso oceánico y deja ver únicamente dos segmentos largos de su cuerpo que adquieren un patrón de rayas blancas y negras. El pez damisela se aleja.
Pasado el riesgo, regresa a su forma aplanada, recorre varios metros en esta modalidad y los buzos lo siguen de lejos, fotografiando cada movimiento. Minutos más tarde, el raro organismo se encuentra con un cangrejo hambriento que está cada vez más cerca de él. El cangrejo abre y cierra sus tenazas rápidamente e intenta atraparlo para devorarlo. —¿Podrá el mimo imitar algo más?— El organismo se torna color negro y adopta una posición amenazante. De pronto, como por arte de magia, se expande una nube de tinta negra que oscurece la escena. Cuando la penumbra se aclara, el perseguido animal ya no está y deja al cangrejo confundido y desorientado.
—¡Es un pulpo!— exclaman los fotógrafos al unísono.
Los buzos permanecen inmóviles por un segundo, esperan encontrarse nuevamente con su excéntrico amigo, pero ya se ha ido. Comienzan su camino hacia la superficie. Dentro del mar reina un silencio casi absoluto, interrumpido por el sonido de las burbujas provocadas por los movimientos ágiles de su nadar. Rompen con la cabeza la barrera de agua y respiran normalmente por primera vez en horas. Los baña la melancólica luz del atardecer. Suben a la lancha que los espera. Sonríen, se abrazan y dejan salir carcajadas nerviosas. Tienen tantas preguntas como aquel hambriento cangrejo y el violento pez damisela.
De regreso en su hotel, Roger se apresura a hacer una llamada dirigida a Australia. Al otro lado responde Mark Norman, un reconocido biólogo marino de la Universidad de Melbourne. Roger le platica emocionado sobre su experiencia, le asegura que es el molusco más espectacular que ha conocido.
—¡Es un pulpo mimo!— dice Mark.
—¡Exactamente!— responde Roger.
—Tengo que conocerlo— reflexiona Mark en alto.
El biólogo le comenta a sus colegas que debe encontrar esta especie; las fotos son fascinantes, pero insuficientes para saciar su curiosidad. Necesita conseguir recursos monetarios para su loca aventura. ¿Quién podrá ayudarlo?
Unos años más tarde la suerte le sonríe a Mark: la bbc y Discovery Channel están interesados en financiar y filmar un documental sobre su búsqueda. Mark y su equipo toman el siguiente avión a Indonesia. Duermen y, a la mañana siguiente, se dirigen a unas coordenadas próximas al área explorada anteriormente por sus amigos fotógrafos.
Se visten de buzos y pierden cualquier sentido de identidad. Descienden nueve metros en el IndoPacífico y se preparan para buscar. Observan que el fondo marino es plano, con arena oscura salpicada de fragmentos de conchas blancas; detectan una gran cantidad de agujeros realizados por pequeños animales excavadores; hay pocas rocas y corales y algunas irregularidades en el relieve. Parece ser un ambiente muy expuesto para organismos vulnerables como los pulpos.
Intermitentemente, a lo largo de tres años, Mark y su equipo se sumergen en localidades cercanas en busca de estos extravagantes moluscos. A pesar de su rareza logran filmar y fotografiar algunos individuos.
De regreso en Australia, los científicos se dedican a analizar las imágenes y horas de video que capturaron. Se percatan de sus peculiares hábitos; son animales diurnos que al cazar se arrastran por el sustrato, su piel es de colores marrones opacos y utilizan las puntas de los brazos para esculcar los agujeros del suelo. Cuando aceleran, juntan todos los brazos alrededor de la cabeza, se comprimen, adoptan la forma y el color de un pez plano y mueven los brazos en movimientos ondulatorios. Si un pez damisela los ataca, ocultan seis de su brazos y dejan expuestos sólo dos, el color de su piel se transforma y se parece a la de una serpiente marina venenosa. En ocasiones se posan sobre montículos de arena con los brazos extendidos en forma de zigzag; se asemejan a anémonas de mar. A veces nadan a la superficie, extienden cuatro brazos hacia un lado y cuatro hacia el otro; su piel adquiere un patrón rayado, parecido al de un pez león.
Los investigadores comparan las imágenes obtenidas con las de los animales que posiblemente imitan. Discuten; saben que sus interpretaciones pueden ser subjetivas, pero están seguros de algo: estos pulpos imitan a otros tres organismos que cohabitan con ellos que son las serpientes marinas, los peces león y los peces planos. Además se percatan de algo increíble, los tres organismos que personifican tienen en común algo más que el ambiente: los tres son venenosos y comen pulpo.
Mimetismo dinámico
Imitan al menos otros tres animales sumamente distintos y en ocasiones a todos en cuestión de minutos. Desconocen si el pulpo en sí es venenoso y la coloración de su piel es una advertencia a sus depredadores o si sólo quiere confundirlos. Lo más sorprendente de todo es que parece ser que estos organismos eligen el disfraz más apto para la amenaza percibida. Podría ser un caso de evolución convergente o de selección sexual. Posiblemente todos los individuos de esta especie comparten alelos de los distintos modelos de mimetismo.
Cuatro años después, Mark Norman y Eric Hochberg por fin lo describen y le asignan un nombre científico oficial. Se trata de un pulpo pequeño con brazos largos y estrechos, en su estado inalterado la coloración de su cuerpo es de tonos cafés claros y tienen ojos saltones con pequeños cuernos afilados sobre ellos. Lo bautizan como Thaumoctopus mimicus, porque thauma en griego antiguo significa maravilloso.
Roger Hanlon, LouAnne Conroy y un equipo de investigadores deciden sumergirse por su cuenta y descubrir el porqué detrás del mimetismo dinámico del pulpo mimo. Se encuentran a un individuo forrajeando en forma de pez plano. De pronto, una langosta boxeadora emerge y lo golpea dos veces. Inmediatamente el pulpo extiende los brazos hacia arriba y cambia su patrón a uno de rayas blancas y negras. La langosta se asusta y desaparece. El pulpo regresa a imitar al pez plano y continúa su camino; todo sucede en treinta segundos.
El nuevo grupo de investigadores logra responder algunas preguntas. Se da cuenta de que esta especie ha decidido explotar un nicho que sus ancestros no habían podido; ha cambiado sus hábitos de nocturnos a diurnos. Las presas en su ambiente son pequeñas y escasas, necesita pasar largas horas al descubierto recaudando animalillos hasta saciarse. Cuando imita a los peces planos no sólo imita su coloración sino la velocidad de su nado.
Todavía queda una gran interrogante que abordar: ¿cómo fue que evolucionó este rasgo espectacular? Christine Huffard y su equipo analizan el adn mitocondrial de treinta y siete especies de pulpo y realizan un mapa de vida de este grupo de moluscos. Sobre el mapa trazan ciertos rasgos necesarios para realizar la imitación conspicua y facultativa del pez plano. Plantean su hipótesis: primero un grupo de diferentes especies de pulpos comenzó a tener actividad durante el día; de esas especies, algunas empezaron a manifestar patrones de colores llamativos cuando se encontraban bajo amenaza. Después cinco especies desarrollaron a la vez brazos excepcionalmente largos, la capacidad de comprimir su cuerpo y adquirir la forma de un pez plano. El último rasgo en aparecer fue la capacidad de mostrar colores llamativos sin estar bajo ataque.
Tanto por responder
¿Qué pasa con el resto de los modelos que imita?, ¿cómo es que son capaces de elegir cuál disfraz usar dependiendo de quien los ataque o lo que está sucediendo?, ¿son la única especie capaz de tener este comportamiento?
Es así como la ausencia de esqueleto rígido, los brazos excepcionalmente largos, los pequeños músculos que impulsan células especializadas con distintos pigmentos y el proceso cognitivo para controlar estas características, en combinación con el medio expuesto que habitan, dio origen a esta enigmática criatura: el maravilloso pulpo mimo.
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Referencias bibliográficas
Huffard, Christine L. et al. 2010. “The evolution of conspicuous facultative mimicry in octopuses: an example of secondary adaptation?”, en Biological Journal of the Linnean Society, vol. 101, núm. 1, pp. 68-77.
Nabhitabhata, Jaruwat y Charuay Sukhsangchan. 2007. “New photographic record of mimic octopus in the gulf of Thailand”, en Research Bulletin Phuket Marine Biological Center, núm. 68, pp. 31-34.
Norman, M. D., J. Finn y T. Tregenza. 2001. “Dynamic mimicry in an Indo–Malayan octopus”, en Proceedings of the Royal Society of London B, núm. 268, pp. 1755-1758.
Norman, Mark D. y F. G. Hochberg. 2005. “The ‘mimic Octopus’ (Thaumoctopus mimicus n. gen. et sp.), a new octopus from the tropical Indo-West Pacific (Cephalopoda: Octopodidae)”, en Molluscan Research, vol. 25, núm. 2, pp. 57-70.
En la red
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| Inés Gutiérrez Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México. |
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cómo citar este artículo →
Gutiérrez, Inés. 2016. Un mimo en el fondo del mar: pulpo maravilloso. Ciencias, núm. 120-121, abril-septiembre, pp. 56-59. [En línea].
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| bibliofilia |
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Vidas sintéticas
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Ricard Solé.
Tusquets editores.
México, 2012.
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En solitario, mirando la naturaleza mientras piensa
intensamente. Así es como muchos podrían personificar a un científico, pero esta menguada visión soslaya tanto el trabajo en equipo como las teorías y posturas filosóficas; asimismo, una mirada más moderna del que hace ciencia debe incluir los instrumentos de trabajo utilizados para observar y medir, tiene que considerar también las máquinas con las que se almacenan datos y a veces hasta se reproducen fenómenos o sistemas: las computadoras. Solamente utilizando estas herramientas de trabajo bruto es como actualmente montones de investigadores pueden enfrentarse a sistemas tan embrollados y dependientes de tantas variables —a veces indistinguibles del azar— como la predicción del clima, el crecimiento de un sistema biológico, la mente o la formación de estrellas. El físico y biólogo Ricard Solé, profesor de la Universidad Pompeu Fabra, investigador del Instituto Catalán de Investigación y Estudios Avanzados, y miembro del Instituto de Santa Fe, Nuevo México, narra en el libro Vidas sintéticas detalles sobre sistemas que se han estudiado bajo el prisma de la simulación por computadora y que implican sistemas vivos.
A lo largo de diez capítulos, Solé nos relata el éxito de estas herramientas para recrear la realidad o “simular mundos” —como él lo llama— en todos y cada uno de los campos del conocimiento científico. Nos narra partidas de ajedrez disputadas entre humanos y computadoras (y algunos casos fraudulentos); así como complicadas configuraciones biológicas inspiradas en sencillos juegos computacionales; también nos cuenta que, considerando teorías, leyes y una que otra ecuación se pueden recrear en pantalla sistemas astronómicos primigenios de los que nadie fue testigo; incluso nos describe inesperados diseños de tenedores y antenas cósmicas a partir de establecer variables, de fijar paisajes adaptativos y “dejándolos evolucionar” en la computadora. También nos dice cuán grande es el alcance científico logrado con estas máquinas, al punto que actualmente es posible modelar en la pantalla sofisticados sistemas antropológicos y sociales ingresando algoritmos con estados iniciales conocidos; y de paso nos aproxima a nuevas formas de trabajo interdisciplinarios en grupos de investigadores, a cuestionarnos sobre limitantes éticas y a reconocer las herramientas de trabajo del científico contemporáneo; Vidas sintéticas nos permite un innovador acercamiento a la ciencia, la historia y la mente.
El juego de la vida
Para adentrarnos a esta forma de pensamiento —al que Solé nos convida— llevándonos de lo simple a lo complejo, les invito a que nos planteemos un pequeño universo: un tablero de damas chinas; imaginemos que de manera aleatoria colocamos fichas en algunas casillas y a las celdas ocupadas las consideraremos como “vivas”. Las reglas: 1) una casilla ocupada sigue viva si posee dos vecinos vivos, de lo contrario muere (desaparece); 2) una celda vacía puede ser habitada si tiene exactamente tres vecinos vivos. Comienza el juego, el Juego de la vida.
Estrictamente el Juego de la vida no es un juego, pues nadie gana, ni siquiera hay jugadores, de modo que no hay vencedores ni vencidos y tampoco hay una estrategia. En realidad el juego referido es un programa de computo que salió del Instituto Tecnológico de Massachusetts, Estados Unidos, que crea estructuras complejas a partir de elementos que se replican y mueren cuando las reglas se iteran, es decir, es un sistema que a lo largo de generaciones evoluciona. Sobre sus reglas podemos advertir que, aunque cuentan con cierta lógica, son arbitrarias. La primera de ellas nos dice que la supervivencia depende de la presencia de otros individuos y la limitante relacionada con el número de elementos puede interpretarse como presiones del sistema, así ocurre en diversos ejemplos biológicos. La segunda regla, aunque menos evidente, condiciona la reproducción a la existencia de varios individuos y de la cual el paralelismo biótico es palpable.
Aunque las posibilidades de este juego son infinitas, con reglas definidas el resultado depende de la configuración inicial; ¿qué ocurre cuando en vez de colocar las piezas de manera azarosa se eligen lugares específicos?, ¿qué pasaría si cambiamos las reglas?, ¿cómo sería el devenir de un sistema complejo si elijo las reglas mínimas (variables) de acción y “echamos a correr el programa”?, ¿qué ocurrirá si la forma del tablero es igual al de un sistema biótico y se consideran las fichas como individuos que obedecen ciertas reglas biológicas?, ¿evolucionará dicho sistema?, ¿este nuevo modelo en la computadora me dará información del sistema real?, ¿a esto en la computadora puede llamársele vida?
El Juego de la vida es el más famoso de los llamados autómatas celulares que sirven para representar en la computadora el comportamiento de diversos sistemas complejos (células, hormigas, individuos, mercados financieros, sociedades, ecosistemas, etcétera) a veces considerados como cajas negras y hacerlos asequibles. Este recorrido que va de resultados complejos a partir de reglas simples nos recuerda también que la lectura de la realidad depende del modelo empleado.
El futuro
Al reconstruir sistemas en la computadora se contrasta la realidad con lo arrojado por el programa ejecutado y eso nos da información sobre el presente; pero si “coqueteamos con esa zona llamada futuro”, ¿qué nos impide iterar el programa más veces?, ¿podríamos predecir fenómenos? Esta convergencia de tan distintos métodos sintéticos tal vez sí nos permita vislumbrar el futuro, por ejemplo, es posible que después de iterar uno o varios programas podamos resolver problemas sobre evolución o distingamos las claves para cambiar su curso; que podamos acercarnos a planear ciudades sustentables o quizás atisbemos el consumo sustentable de energía, o generemos nuevos tratamientos médicos o, no sé, tal vez con los antecedentes de robots capaces de mentir, células artificiales, algoritmos genéticos y la “biología sintética” podamos generar nuevas formas de vida.
Es inevitable leer sobre estas Vidas sintéticas de Ricard Solé y no guiñarle un ojo a la ciencia ficción o a lo imposible, pero estos mundos sintéticos ya se utilizan en la ciencia, son reales y nos refrescan con nuevas respuestas pero, indudablemente, nos orillan a plantearnos más preguntas.
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| Elisa T Hernández Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México. |
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cómo citar este artículo →
Hernández, Elisa T. 2016. Vidas sintéticas. Ciencias, núm. 120-121, abril-septiembre, pp. 156-158. [En línea].
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