Nuevo genoma récord

 

  Se acaba de publicar en iScience el descubrimiento del genoma que bate el récord conocido de tamaño genómico en un ser vivo (Tmesipteris oblanceolata), un helecho que contiene la asombrosa cantidad de 160 mil millones de pares de bases en su ADN. Son 11 mil millones más que el anterior récord conocido, la planta con flores (Paris japonica), y 30 mil millones más que el pez pulmonado marmóreo (Protopterus aethiopicus), que tiene el genoma animal más grande conocido. Este genoma es 50 veces mayor que el nuestro.

  El director del estudio es Jaume Pellicer, un biólogo evolutivo del Instituto Botánico de Barcelona (España), quien también participó en el descubrimiento del anterior genoma récord (P. japonica). Y que en colaboración con científicos británicos de los reales jardines botánicos de Kew-Londres (UK) ha descubierto esta maravilla de la naturaleza.

  Este helecho es nativo de Nueva Caledonia y de los archipiélagos vecinos en el Pacífico Sur, donde es conocida como helecho tenedor. Su colosal número de pares de bases plantea preguntas sobre cómo la planta maneja su material genético ya que tan solo una pequeña proporción del ADN está compuesta de genes que codifican proteínas.

¿Por qué un organismo ha evolucionado para tener tantos pares de bases?

  Porque tener más pares de bases conlleva una mayor demanda de los elementos que componen el ADN y de energía para duplicar el genoma con cada división celular.

  Por ahora, los investigadores solo pueden especular sobre las respuestas a esta pregunta. El genoma más grande secuenciado pertenece al muérdago europeo (Viscum album), con unos 90 mil millones de pares de bases

  Descubrir formas de analizar estos gigantescos genomas podría proporcionar conocimientos cruciales sobre cómo el tamaño del genoma influye en dónde pueden crecer los organismos, cómo son capaces de prosperar en sus entornos, etc.

  Un saludo

Notas: Fernández, P. et al. iScience https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109889 (2024)

Los misteriosos filos relacionados con la gastrea, colaboración en JoF

Acaba de salir el undécimo número, correspondiente al mes de julio, de una de las mejores revistas nacionales de divulgación científica. Se trata de JoF, Journal of Feelsynapsis, en donde nuevamente colaboro mediante la publicación de un artículo.

  Esta vez escribo sobre la inquietante relación entre la ley biogenética y ciertos filos animales realmente sorprendentes, se titula "Los misteriosos filos relacionados con la gastrea". Puede leerse on-line o si se prefiere puede descargarse la revista al PC, a la tabletPC o al movil. A ver si os gusta.

  Aprovecho la entrada del blog para agradecer al director de la revista, Enrique Royuela la labor de diseño y maquetación.

  Un saludo

El paisaje genómico de los papamoscas

  Hace algo más de 150 años que Charles Darwin publicó el "Origen de las especies" y casi 150 que Gregor Mendel publicó sus leyes para la herencia biológica, sin embargo, la base evolutiva molecular subyacente a la especiación continúa mayormente sin resolverse. Se sabe poco sobre la identidad, número y tamaño efectivo de los loci implicados en la divergencia poblacional, su distribución genómica así como el tipo de mutaciones implicadas. A medida que los linajes divergen pueden ir surgiendo eventualmente barreras reproductivas pre y/o postcigóticas. Un estudio publicado ayer en Nature muestra que los avances en la tecnología de secuenciación permiten abrir ahora prometedoras vías para el estudio de la divergencia genética.

Papamoscas y evolución

  Cualquiera diría que los pequeños papamoscas cerrojillos, que a finales del verano inundan nuestros campos y parques durante su migración postnupcial, sean tan importantes para el estudio de la evolución, pero los papamoscas collarino, Ficedula albicollis y cerrojillo, F. hypoleuca son unos importantes modelos animales para el estudio de aspectos clave en biología y ecología evolutiva. Ambas especies son aves insectívoras y migratorias que crían en bosques de hoja mixta y caduca en Europa y Asia occidental, y que pasan el invierno en el África subsahariana.
  Aceptan muy bien las cajas nido lo que facilita mucho su estudio en ecología, ecología comportamental y biología evolutiva. Divergieron hace menos de 2 millones de años y durante este tiempo han estado sometidas a repetidos ciclos de glaciación en Europa donde periodos de divergencia alopátrica en áreas refugio se han alternado con periodos de contacto secundario durante los que el flujo génico y la selección natural han sido los mecanismos básicos del proceso de especiación. Aún hibridan en áreas de simpatría (centroeuropa, áreas de europa oriental y algunas otras zonas del subcontinente).
 
  Los datos reproductivos de parejas mixtas y su descendencia se amoldan perfectamente a la regla de Haldane:
"cuando en la descendencia de dos especies animales diferentes, uno de los dos sexos no aparece, es raro o es estéril, éste es siempre el sexo heterozigótico". En nuestro caso la mayor parte de las hembras son estériles. En las zonas de solapamiento el canto actúa como barrera prezigótica, así como la coloración del plumaje de los machos. Además a nivel postcigótico se produce una fuerte selección sexual en contra de los machos con fenotipos intermedios. Los limitados datos de pedigree de múltiples generaciones de descendientes híbridos demuestra la reducción de la eficacia biológica y sugieren que la actual tasa de introgresión es baja, pero existe, como han detectado algunos estudios hay niveles bajos de flujo génico.
 Como la mayoría de las pequeñas aves canoras son de vida breve aunque una vez sobreviven a la primera estación migratoria desarrollan un fuerte sentido filopátrico pudiendo retornar al mismo lugar de cría durante años. Normalmente son monógamos aunque en las poblaciones hay una pequeña tasa de paternidad fuera de la pareja habitual, comportamiento este que recuerda a nuestra especie.

 Los linajes divergentes de ambas especies apuntan a que probablemente se separaron durante el Pleistoceno en diferentes refugios glaciales facilitando la especiación alopátrica. La divergencia de 2,8% en mtDNA sugiere que la separación fue hace 1-2 millónes de años. Seguramente los collarinos se refugiaron en la península itálica y los cerrojillos en la ibérica durante la última glaciación.

Estudio pionero

  Para estudiar la base genética de la divergencia de especies en este sistema, un equipo de investigadores europeos secuenciaron y ensamblaron el genoma del papamoscas y lo ordenaron sobre los cromosomas mediante mapas de unión. Luego, resecuenciaron genomas y transcriptomas de muestras de población simpátrica de ambas especies, permitiendo la resolución a nivel de pares de bases del patrón de diferenciación a nivel genómico y proporcionando una especie de mapa de carreteras para el emergente campo de la genómica de la especiación.
  Han observado un "paisaje genómico" de diferenciación de especies muy heterogéneo, con aproximadamente 50 islas de divergencia que muestran una divergancia hasta 50 veces más alta que la secuencia genómica de divergencia de fondo. Estas islas no están distribuidos al azar y presentan entre una y tres regiones de alta divergencia por cromosoma, independientemente del tamaño de los cromosomas (en las aves es muy hetereogéneo). Las islas se caracterizan por niveles reducidos de diversidad de nucleótidos, espectros sesgados de frecuencia alélica, niveles elevados de desequilibrio de ligamiento y proporciones reducidas de polimorfismos comunes en ambas especies, indicativas de episodios paralelos de selección. La proximidad de los picos de divergencia a regiones genómicas resistentes a la secuencia de montaje puede incluir centrómeros y telómeros, indicando que las estructuras complejas de repetición también pueden conducir a la divergencia de especies.

  Gracias a estos nuevos "paisajes genómicos" se abre una novedosa vía que permitirá conocer mejor unos detalles evolutivos que hasta ahora se pasaban por alto. 

  Un saludo

Referencia:

The genomic landscape of species divergence in Ficedula flycatchers

Dinobiodiversidad por cambios geológicos

 Maps courtesy of Ron Blakey, Colorado Plateau Geosystems.

¿ Por qué tantos dinosaurios en el cretácico tardío ?

  Los estudios sobre diversificación y distribución de dinosaurios se han dirigido habitualmente con perspectiva global por la pobre resolución estratigráfica, pero si se pretende comprender la dinámica evolutiva de los grandes saurios a escala intracontinental hay que ponerse a buscar qué factores pueden estar implicados. En este sentido la zona mejor detallada cronoestratigráficamente es la cuenca interior del oeste de norteamérica. Varios estudios han encontrado ahí un brusco aumento del número de especies de dinosaurios durante el Mesozoico, concretamente durante el campaniense (cretácico tardío), pero no han profundizado en las causas.
  Actualmente se está indagado en profundidad este misterio, y de hecho acaba de publicarse este mismo mes de agosto en PLOS one un interesante artículo al respecto.

Aumento en la biodiversidad de dinosaurios
  Durante el campaniense tardío se observa una distribución geográfica de vertebrados de gran tamaño más restringida y más diversa en cuanto a dinosaurios que en la siguiente edad, el Maastrichtiaense.
  Los casos de estudio más interesantes proceden de megaherbívoros, los hadrosáuridos (picos de pato) y ceratópsidos (con cuernos, como los triceratops).

Orogenia

 El análisis de los factores asociados con el notable aumento en la biodiversidad de dinosaurios en América del Norte apunta a episodios orogénicos dinámicos dentro de la cuenca interior occidental (vease el mapa que ilustra la entrada). Un enorme canal de aguas marinas dividió el oeste del continente de modo que aparecieron unas gigantescas islas y un proceso orogénico originó las montañas Rocosas.
  Es sabido que los cambios medioambientales como estos afectan y producen respuestas en las especies, por ejemplo, se ha demostrado que los roedores que ocupaban las grandes llanuras durante el Mioceno se diversificaron a menor tasa que los que habitaban en las cuencas tectónicamente activas.

Cambios medioambientales

  Por tanto, los autores del artículo consideran que la causa de esta enorme diversificación de especies de dinosaurios fue consecuencia de los enormes cambios medioambientales provocados por una compleja dinámica geológica.

  Un saludo.

Referencias:

  Mountain Building Triggered Late Cretaceous North American Megaherbivore Dinosaur Radiation
Terry A. Gates, Albert Prieto-Márquez, Lindsay E. Zanno

Geological Changes Spurred Dino Diversity
 
Nota:

  Esta entrada participa en el XV Carnaval de biología, que organiza Hablando de Ciencia.
 

Evolución de los genes sexuales en aves y mamíferos

  Por como funciona la reproducción en nuestra especie tendemos a pensar en individuos sexuados, pero la casuistica a la hora de determinar el sexo es bastante grande, si es que la especie recurre al sexo para reproducirse, cosa que no siempre sucede. En nuestro caso, la determinación es de tipo cromosómico, y al igual que la
 mayoría de mamíferos utilizamos el sistema XX/XY. Las hembras tienen los cromosomas sexuales XX y los machos XY, este sistema funciona bastante bien y de hecho también es el preferido por equinodermos y algunos
 otros grupos zoológicos. De modo similar, las aves emplean diferentes cromosomas para determinar el sexo, pero al contrario que en nuestro caso los machos son ZZ y las hembras son las que tienen dos cromosomas sexuales diferentes: ZW. Se trata del sistema ZZ/ZW que también se encuentra en lepidópteros y otros taxones.

Evolución


  Se cree que a lo largo de la evolución los cromosomas sexuales han aparecido a partir de autosomas, esto es, del resto de parejas de cromosomas. Los autosomas se caracterizan por formar pares y poderse recombinar durante la meiosis, esto es, son cromosomas homólogos, consideración que merecen también los pares XX y ZZ.
 Se sabe que en nuestros ancestros los reptiles, la determinación del sexo no tiene porqué ser cromosómica, puede ser genotípica, por temperatura... se ha planteado que un ancestro reptiliano con cromosomas homólogos y un gen de tipo SRY para determinar el sexo precedió a monotremas y terios, de tal modo que el cromosoma con ese gen fue reduciéndose y sufriendo diferentes cambios. Por ello la mayoría de los cambios para el afianzamiento del cromosoma heterólogo, es decir, el Y se han producido en el cromosoma heterólogo (W e Y). Por el contrario, el cromosoma sexual homólogo, común a ambos sexos Z y X se ha pensado que se estaba menos distanciado evolutivamente de su origen autosómico.

Evolución inesperada

  Un equipo de investigadores hace un par de años obtuvo unos resultados que cuestionaban esta teoría para el cromosoma Z en aves y para el X en mamíferos.
  Secuenciaron completamente el cromosoma Z de pollo observando que es menos denso en genes que los autosomas y que contiene una disposición masiva en tándem con cientos de genes duplicados que luego se expresan en los testículos. La comparación general del cromosoma Z de pollo con la secuencia de acabado del cromosoma X humano demostró que ha evolucionado independientemente de las diferentes porciones del genoma ancestral. A pesar de esta independencia, el cromosoma Z y el X comparten características que los distinguen de los autosomas: la adquisición y amplificación de genes expresados en los testículos, y una baja densidad de genes como resultado de una expansión de las regiones intergénicas.

  Estas funciones no estaban presentes en los autosomas partir de los que evolucionaron Z y X, sino que las fueron adquiriendo a mediada que evolucionaban como cromosomas sexuales. La conclusión es que los cromosomas Z y los X han seguido trayectorias evolutivas convergentes, a pesar de evolucionar en sistemas sexuales heterogaméticos opuestos.
 
  En términos más generales, digamos que tanto en aves como en mamíferos, la evolución de los cromosomas sexuales ha impicado no sólo la pérdida de genes, sino también la expansión y adquisición de genes en los cromosomas sexuales comunes a ambos sexos.

Nota:
 Esta entrada participa en la XIII edición del carnaval de Biología que se hospeda en el blog "Caja de Ciencia".

 Referencias:
 Convergent evolution of chicken Z and human X chromosomes by expansion and gene acquisition

Lamarck, después de todo, no estaba totalmente equivocado

 A algunos colegas cuando oyen hablar bien de Lamarck se les revuelve algo por dentro, y no es para menos, hay muchos motivos para que les ocurra esto. En algunos casos es simplemente por darle a Dawkins más importancia de la que se merece, en otros es sólo por haber aprendido desde la enseñanza media que Lamarck es el prototipo de científico famoso por plantear una teoría completamente descabellada y ridícula, en otros es por la forma en que uno de los más famosos lamarckistas de la historia: Trofim Lysenko apoyado por la URSS, combatió sin éxito la genética de Mendel y la teoría de la evolución de Darwin. Por todo esto y por otras cosas el neolamarckismo ha sido considerado una corriente teórica marginal dentro de la biología, que curiosamente en España tiene bastantes apoyos.
  Por cierto, resulta llamativo que los defensores a ultranza del darwinismo obvian que Darwin admitía la herencia de los caracteres adquiridos, vamos que era lamarckista. No así la teoría evolutiva de Darwin-Wallace y menos aún el neodarwinismo, pero después de que científicos como Dawkins hayan sido más papista que el Papa (en este caso Darwin) ahora resulta que hay que hacer un sitio dentro de la ortodoxia al neolamarckismo. Esto es similar a cuando, gracias a Margulis, se tuvo que hacer sitio en la ortodoxia a los primeros defensores de la endosimbiosis: Andreas F.W. Schimper (1883), Richard Altmann (1894) y Konstantin Mereschkovsy (1909).
  Aunque desde que en 1809 Jean Baptiste Lamarck planteó su teoría se han hecho todo tipo de experimentos y observaciones más o menos intrigantes, como las relacionadas con la herencia de la obesidad, hasta ahora no había nada concluyente. Y cuando, precisamente ahora, parecía que el lamarckismo pasaba por sus horas más bajas resulta que por primera vez, gracias a un impecable trabajo de Oded Rechavi y sus colaboradores, bajo la dirección de Oliver Hobert del Centro médico de la Universidad de Columbia en Nueva York (USA), esto ha cambiado. El estudio acaba de publicarse nada menos que en la revista Cell. Los científicos han  demostrado que los gusanos Caenorhabditis elegans, después de desarrollar resistencia al virus RNA “flock house” (FHV), transmiten a su descendencia este rasgo adquirido.

  Pero ¿ cómo se transmite esta inmunidad ?

  La respuesta es que se hace en forma de viRNA, pequeños agentes silenciadores de virus.
  Ya se hipotetizaba que el RNA de interferencia (iRNA) podría estar implicado en la herencia de caracteres adquiridos porque este peculiar RNA funciona interfiriendo y destruyendo el mRNA ( el RNA mensajero que lleva la información codificada en un gen al ribosoma para ser traducida a una proteína), pero si este mensajero, el mRNA resulta destruido por el camino por secuencias muy específicas de iRNA,
interferentes, finalmente la expresión del gen resulta bloqueada. El ARNi forma parte de la respuesta inmune a las infecciones víricas tanto en plantas como en animales. Puede desencadenar su actividad por dsRNA; esto es, RNA de doble hebra que no se encuentra en células sanas, por ejemplo, cuando un virus infecta una célula el dsRNA es troceado por la maquinaria celular de iRNA para encontrar mRNA con el que se empareja inactivando su expresión. Lo curioso es que el silenciado de un gen no sólo se produce en los animales tratados sino también en sus hijos. Este fenómeno ya se conocía pero no se sabía bien si se heredaba el RNA, si se producían cambios en el genoma, o cuál era la causa. Pues bien, Rechavi
infectó gusanos de C. elegans con el virus FHV, y después crió a sus descendientes y comprobó que aunque no se activase su maquinaria iRNA empleando gusanos deficientes, sin embargo, seguían siendo resistentes. Por supuesto, se aseguraron que no había mutaciones genéticas que proporcionasen la resistencia.

  Después de más de cien generaciones continuaba la resistencia, la conclusión es que la capacidad de defenderse de los virus pasa de generación en generación a través de viRNA, pequeñas moléculas de RNA de interferencia viral. Evidentemente la herencia lamarckiana proporciona una notable ventaja adaptativa a los descendientes. Y las implicaciones terapéuticas que este descubrimiento puede tener para la salud humana son muy importantes.

  Un saludo

  Referencias:

Transgenerational Inheritance of an Acquired Small RNA-Based Antiviral Response in C. elegans
Oded Rechavi, Gregory Minavich and Oliver Hobert
Cell, Volume 147, Issue 6, 1248-1256, 23 November 2011

Acquired Traits Can Be Inherited via Small RNAs
Published: December 5, 2011

Wake up, Lysenko, Tell Lamarckists the News


Nota: esta entrada participa en el VIII carnaval de Biología organizado por el blog "Resistencia Numantina"

Destacada entrevista a Francisco J. Ayala. Universidad pública española vs. norteamericana.

  El domingo por la mañana estuve escuchando el programa de radio “A hombros de gigantes” de Radio Nacional de España, Radio 5 – todo noticias, el calificativo más adecuado es sobresaliente. Desde aquí mi más sincera enhorabuena a todos los integrantes del equipo dirigido por Manuel
Seara Valero, donde destaca la colaboración del profesor José Antonio López (JAL), conocido divulgador e investigador especializado en microbiología. Este programa, actualmente es uno de los mejores programas radiofónicos de divulgación que hay en nuestro país, pero el del domingo merece ser destacado. El podcast puede ser escuchado atentamente siguiendo este link.


Entrevista a Francisco J. Ayala

  Para los que no puedan escuchar el podcast comento, de modo somero, el contenido estrella de tan destacado programa. Entrevistaron a un auténtico “gigante” de la Ciencia: Francisco J. Ayala Pereda (Madrid, 1934), el mejor biólogo evolutivo español de todos los tiempos y uno de los más destacados del mundo, sin duda una de las voces más autorizadas para hablar de Evolución. Este destacadísimo profesor nacionalizado norteamericano que trabaja en Irvine, estado de California (Estados Unidos) visita frecuentemente España. En la entrevista comenta que iba a dar una conferencia en una institución religiosa, como es sabido Francisco antes de ser científico fue fraile, de la orden de los dominicos. Ha dedicado buena parte de su labor divulgadora a explicar la compatibilidad entre religión y ciencia porque es un tema que da lugar a muchos desafortunados malentendidos. Finalmente, en la entrevista se comentan los grandes males de la universidad española que hacen que aunque haya departamentos destacados como de primer nivel, el conjunto sea, sin embargo, de una mediocridad extraordinaria, nada que ver con las grandes universidades norteamericanas como la de California en Irvine en la que trabaja Ayala que aun siendo pública, en contra de lo que pudiera pensarse, está en primera línea.






Un saludo

La glotonería del oso panda y otras adaptaciones evolutivas permiten su dieta a base de bambú

Los osos panda, Ailuropoda melanoleuca (David, 1896) sobreviven en las regiones montañosas del centro de China alimentandose de bambú, pero no lo digieren por sí mismos. Necesitan para ello la ayuda de algunos microbios de su flora intestinal y apenas comen otra cosa que esta planta, aunque ocasionalmente ingieren pequeños animales o algún fruto silvestre.

  Ayer un equipo de científicos chinos liderados por Fuwen Wei, publicó en los PNAS un interesante artículo.

Estos osos tan escogedores a la hora de comer, cuando viven en estado silvestre meten en su estómago cada jornada la nada despreciable cantidad de 12 kg de bambú.

  Las diferentes especies de bambú contienen gran cantidad de nutrientes, pero la mayoría de sus calorías están contenidas en las fibras de celulosa y hemicelulosa que son muy difíciles de digerir. De hecho, la mayor parte de esta fibra acaba expulsada en las heces. 

  Estos bonitos animales al ser úrsidos pertenecen al orden de los carnívoros y su organismo no elabora las enzimas necesarias para digerir la celulosa, tampoco poseen una flora intestinal como la que tienen los grandes hervíboros. En el 2008 un estudio de los microbiota de diferentes úrsidos determinó que la de los panda se parecía a la de los osos negros, los osos polares y otros osos carnívoros.

Flora que favorece la digestión

El grupo de biólogos de Fuwen Wei, del Instituto de Zoología de la Academia China de Ciencias en Pekín, tomó muestras de las heces fecales para obtener los microbios intestinales de los pandas y proceder así a su estudio. Determinaron los diferentes tipos de bacterias presentes y secuenciaron el ADN para conocer sus genes.

 Equipo de Wei descubrió que las muestras contenían genes previamente desconocidos pertenecientes a bacterias del género Clostridium, y parecidos a genes conocidos de enzimas descomponedoras de celulosa.

Estas enzimas bacterianas ayudan a los osos panda a obtener energía adicional de la pequeña cantidad de bambú que son capaces de procesar. Esta simbiosis forma parte de varias adaptaciones evolutivas como las poderosas mandíbulas, los fuertes dientes y los pseudopulgares con los que agarran y manipulan los tallos del bambú para comérselos. Por tanto, a pesar de todas estas adaptaciones evolutivas parece que la clave de su éxito está en su glotonería, porque gracias al gran número de kilos de bambú que ingiere este oso consigue hacer energéticamente rentable su poco variada dieta.

Un saludo



Referencias :

Lifeng Zhu, 

Qi Wu, 

Jiayin Dai, 

Shanning Zhang, and 

Fuwen Wei

Evidence of cellulose metabolism by the giant panda gut microbiome

Microbes help giant pandas overcome meat-eating heritage

Nota: 

Esta entrada participa en el VI Carnaval de la Biología organizado por Diario de un copépodo 

Evolución del sueño: las avestruces duermen como ornitorrincos

Los mamíferos presentan dos tipos de sueño:

• El SWS (sueño de ondas lentas), se caracteriza por un electroencefalograma con ondas cerebrales lentas y amplias. El SWS es iniciado y mantenido por el prosencéfalo. 
• El REM (movimiento de ojos rápido), se caracteriza por ondas cerebrales rápidas y de baja amplitud que refleja activación cortical. Se asocia al movimiento rápido de los ojos y a un reducido tono muscular.

  Los reptiles no muestran la actividad neuronal observada durante el sueño REM en el tronco del encéfalo en los mamíferos, ni muestran signos corticales de sueño REM ni SWS, pero las aves si que presentan SWS y REM.

Investigación

  Un equipo multidisciplinar de científicos procedió a realizar un estudio electrofisiológico del sueño de avestruces, Struthio camelus L. En el video podemos ver cómo se alternan los dos tipos de sueño.

  Se observó que los episodios de sueño REM caracterizados por movimientos rápidos de los ojos, reducción del tono muscular y movimientos de cabeza son similares a los de la fase REM de otras aves y mamíferos, pero durante la fase REM de los avestruces la actividad del prosencéfalo puede alternar entre activación de tipo sueño REM  con ondas lentas tipo SWS.

Sueño propio de monotremas

  Este patrón de sueño antes se había encontrado en mamíferos monotremas (equidnas y ornitorrincos). Además la cantidad de sueño REM de los avestruces es mucho mayor que en ninguna otra ave, lo mismo que pasa con los ornitorrincos, Ornithorhynchus anatinus que presentan mucho más sueño REM que el resto de mamíferos. 

  El sueño de los monotremas presentan un único estado que combina elementos SWS y REM. El córtex de los ornitorrincos muestra ondas lentas similares a SWS sólo durante el sueño, y entonces las ondas lentas corticales aparecen junto a movimiento rápido de los ojos y reducido tono muscular.

Evolución del sueño

  Esto sugiere que el sueño REM a nivel del tronco del encéfalo y el SWS a nivel cortical estaban presentes en los ancestros comunes de todos los mamíferos, mientras que el sueño REM con activación cortical evolucionó tras la aparición de euterios y marsupiales. La inusual actividad del sueño de los monotremas puede reflejar una pérdida de sueño REM con activación cortical.

  Estos descubrimientos indican una secuencia recurrente de estadios en la evolución del sueño en el que las etapas SWS y REM surgen de un estado hetereogéneo único que se segregó  temporalmente en dos estados diferentes. Debemos pensar, por tanto, que la activación del prosencéfalo durante el sueño REM es una nueva característica evolutiva presumiblemente involucrada en la realización de nuevas funciones del sueño no observadas en animales con otro tipo de cerebros.

  Desde el punto de vista evolutivo los avestruces muestran rasgos considerados arcaicos en aves, algo similar a lo que ocurre con los ornitorrincos dentro de los mamíferos.

Un saludo

Referencias :

Ostriches sleep like platypuses


Lesku, J., Meyer, L., Fuller, A., Maloney, S., Dell’Omo, G., Vyssotski, A., & Rattenborg, N. (2011). Ostriches Sleep like Platypuses PLoS ONE, 6 (8) DOI: 10.1371/journal.pone.0023203

Nota: siendo la siesta una actividad propia de las tardes de verano este artículo participa en el VII Carnaval de biología(Biocarnaval de verano) albergado en el blog ¡Jindetrés, sal!

Lynn Margulis (también) investiga

  Esta pequeña entrada viene a colación del tema propuesto para el V Carnaval de biología, alojado en Feelsynapsis, “Ellas (también) investigan”. Al igual que sucede con los varones las científicas no siempre destacan por su labor investigadora, a veces su fama procede de poderosos trabajos teóricos que ocasionalmente son más decisivos que los experimentales o los descriptivos. No recuerdo  ninguna científica sobre la que nos hablasen más durante los años de estudio en la Facultad: en citología, en biología general, en botánica, en microbiología, etc. que de Lynn Margulis. En nuestro país su trabajo es apreciadísimo, ha recibido distinciones y premios en diferentes universidades: Universidad de Valencia, Universidad Autónoma de Barcelona, Universidad de Vigo, etc.

  La fama de esta bióloga norteamericana seguramente se debe a la extraordinaria calidad de su labor divulgadora, a la que evidentemente se vio orientada por su matrimonio con Carl Sagan.  Quien tenga interés en conocer más sobre su vida y su trabajos puede leer "Planeta simbiótico, Un nuevo puntode vista sobre la evolución" breve texto publicado en 1998 con bastante información autobiográfica.

  Su colaboración con la bióloga Karlene V. Schwartz se tradujo en una conocida revisión de la clasificación de los cinco reinos de Robert H. Whittaker (1920-1980). También ha colaborado a la divulgación de la hipótesis Gaia con James Lovelock y otros, pero su principal aportación a la Ciencia es un trabajo teórico del año 1967, «On the origin of mitosing cells» en donde expone su teoría sobre la endosimbiosis seriada (SET) para explicar el origen de la célula eucariota. Aunque los primeros aportes a la evolución por endosimbiosis se propusieron por científicos alemanes en el s.XIX no pasaron de ser meras hipótesis heterodoxas hasta el trabajo de Margulis.

  Un saludo

Evolución de las relaciones tróficas tras la eliminación de los depredadores del guppy

  Uno de los peces más comunes en los acuarios es el pequeño guppy o lebisto, Poecilia reticulata, Peters 1859. Sin duda el interés que despierta se debe a la llamativa coloración de los machos y a la facilidad con la que se reproduce en cautividad. Estos pequeños teleósteos de la familia poeciliidae son ovovivíparos,  dulceacuícolas y originarios de los cursos fluviales de Venezuela, norte de Brasil y de algunas islas caribeñas próximas, aunque actualmente se encuentran en los ríos de otros países. Son omnívoros y lo mismo capturan larvas de insectos que ramonean algas.

  El guppy también es una especie modelo para la investigación de las implicaciones ecológicas y evolutivas de la eliminación de depredadores en los ecosistemas naturales. Resulta que en unos estudios evolutivos comenzados en 1976 se introdujeron de modo experimental 200 ejemplares de una comunidad sometida a alta depredación (HP) en una zona en la que no existían y en la que están sometidos a baja depredación (GI). Pues bien, un equipo de científicos norteamericanos acaba de publicar un interesante estudio evolutivo de las relaciones tróficas de estos peces aprovechando esta comunidad experimental. En el año 2008 fueron a la república de Trinidad y Tobago a obtener guppis de tres comunidades silvestres claramente diferenciadas:

• Comunidad HP, en la que convivían con peces depredadores: Crenicichla alta y el voraz Hoplias malabaricus.
• Comunidad GI, comunidad experimental para estudios evolutivos apenas sometida a depredación. Se estima que se han producido 55 generaciones desde su introducción en 1976 (1,74 generaciones/año).
• Comunidad LP, en la que la depredación natural es muy baja.

  En primer lugar se quería conocer la densidad de la población para lo que se aplicaron  técnicas de muestreo.

  En segundo lugar, se realizaron estudios de comportamiento alimentario. Si se alimentaban en el fondo se consideraban de hábitos alimenticios bentónicos y si preferían la superficie se consideraban de hábitos alimenticios limnéticos. Se emplearon únicamente hembras porque se les supone falta de plasticidad fenotípica en la morfología trófica, plasticidad esta que si es observable en machos cuando se examinan cabezas y mandíbulas. Sin embargo, la forma del cuerpo se halla influenciada por adaptaciones locales, por plasticidad fenotípica y por el embarazo.

  En tercer lugar se realizó el estudio morfológico de la cabeza en relación con los hábitos tróficos, por lo que se estudiaron con técnicas morfométricas las mandíbulas, dientes, etc.

  Pues bien los resultados del estudio son de lo más interesantes, como era de esperar las densidades poblacionales eran más altas en las comunidades sin depredadores, siendo mayor en la comunidad natural (LP) que en la experimental (GI). Se observó también que ingerían más alimento los guppies sometidos a baja depredación que los de la población experimental y ambas comunidades más que los sometidos a alta depredación.

  La forma de la cabeza resultó ser un predictor significativo de la tasa de alimentación, y las tres poblaciones se diferencian. En la población introducida las características morfológicas han evolucionado desde la forma sometida a fuerte depredación hacia la forma sometida a escasa depredación, sin embargo, la forma del cuerpo no sirve como predictor significativo, tampoco la forma de la cabeza ni la del cuerpo sirven como predictores de la especialización trófica limnética o bentónica, y curiosamente esta esperada especialización no se observó en ninguna población.

Perspectivas y conclusión

  La eliminación de depredadores está modificando las comunidades y los ecosistemas a una tasa realmente alarmante siendo estos cambios especialmente dramáticos en los ecosistemas acuáticos en los que la actividad pesquera se ceba especialmente sobre este tipo de peces. La pesca ha causado grandes reducciones en la longitud de las cadenas tróficas tanto en ecosistemas marinos como dulceacuícolas, estos efectos ecológicos tradicionalmente se han relacionado con las respuestas comportamentales y demográficas de las poblaciones presa.

  Se reconoce que esta sobrepesca tiene que causar directamente cambios evolutivos en las poblaciones pescadas (generalmente depredadores), sin embargo, la liberación de la presión depredadora también tiene que afectar a la evolución de las poblaciones presa. Recientes estudios teóricos y empíricos en dinámica eco-evolutiva sugieren que la evolución presente tiene importantes efectos sobre los procesos ecológicos. Por ejemplo, en laboratorio se produce una compensación entre la resistencia a la depredación y la capacidad competitiva en comunidades simples de algas y rotíferos (filo de pseudocelomados), de tal modo que si se reduce la densidad de rotíferos aumenta la densidad algal y posteriormente entre las algas se seleccionan genotipos más eficientes en la adquisición de recursos.

  Los resultados muestran que el comportamiento y la morfología divergieron significativamente en 32 años durante unas 55 generaciones. En la población introducida, la forma de alimentación y la morfología se modificaron desde el estado original sometido a fuerte depredación hacia la forma salvaje sometida a baja depredación. Los ambios morfológicos coincidieron con un aumento en la densidad poblacional lo que se relaciona con mayores tasas de ingestión. Las características morfológicas que mejoran la actividad de comer incluyen una boca más ancha y un premaxilar más fino, que aumenta el tamaño de los trozos de alimento ingeridos y la velocidad con la que se mueve la mandíbula. Los cráneos más amplios son necesarios para alojar mandíbulas mayores. Los ojos son mayores y más dorsales. La forma general del pez cambia como resultado de la eliminación del depredador, siendo la forma original más adecuada para huir.  Los guppis de la comunidad LP consumen más algas. Otro rasgo interesante aunque no tiene que ver con la alimentación es que al quitar los depredadores los guppys se reproducen más tarde y se hacen más grandes al alcanzar la madurez.

  Hasta este estudio apenas se conocía nada sobre el efecto indirecto de la eliminación del depredador sobre la evolución de la presa y sus consecuencias sobre las interacciones tróficas en la naturaleza.

  Nota : esta entrada participa en la III edición del carnaval de biología, organizado por el blog “El Pakozoico”.

Referencia:

  

Palkovacs EP, Wasserman BA, Kinnison MT, 2011 Eco-Evolutionary Trophic Dynamics: Loss of Top Predators Drives Trophic Evolution and Ecology of Prey. PLoS ONE 6(4): e18879. doi:10.1371/journal.pone.0018879