Sincronización, tanto mejor cuanto más compleja

Las actividades reproductivas sincronizadas son muy importantes para una especie que se halle en la base de la cadena tróifica. Producir descendencia todo el año significa dar de comer a tus depredadores todo el año. Producirla en un momento concreto, breve, implica que existirá un pico de comida fácil para quien te devora, pero que el resto del año se lo pones más complicado.

Además, sincronizarse de un modo que sea complejo es todavía mejor. Resultará dificultoso para quien te mire como comida el descubrir tu secreto.

Las señales endógenas, basadas en sustancias químicas que se transmiten de un individuo a otro, no están mal. Pero conllevan el problema de compartirlas en una población extensa, de distribución amplia. Las señales exógenas, basadas en factores del medio ambiente, pueden valer para poblaciones amplicas, pero tienen el problema de que pueden ser detectadas por los depredadores.

Freza
Fuente: Looe Key Dive Center

A no ser…

A noser que sean señales complejas. ¿A quién se le ocurriría fijarse en si la luz de la puesta del sol es más azulada o más rojiza? Pues a los corales.

He leído en Investigación y Ciencia que el equipo de investigación dirigido por Alison Sweeney, ha comprobado que los corales sacan partido de una curiosa propiedad que tienen los crepúsculos de los días de luna llena. Resulta que en los días iniciales de esa fase el satélite añade luz rojiza al atardecer, ya que sale antes de que el sol se haya ocultado y refleja su luz. En cambio, en los días finales, como sale después del ocaso, la luz que aporta es más azulada. Y los corales son capaces de detectar ese cambio rápido. Que unido a otras señales (quizá temperatura del agua, quizá la duración de los días, quizá mareas) hace que los corales se reproduzcan simultáneamente en alguna de las lunas llenas que hay en verano. Comprobaron su hipótesis suministrando cambios de luz de esos tipos a corales experimentales y logrando que frezara. Aún falta por detectar el fotorreceptor con el que logra esa hazaña.

Un festín de espermatozoides y óvulos, ricos en reserva nutritiva, sí. Pero disponible solo durante unos 20 minutos. Al año. Si la evolución te ha dado receptores capaces de percibir la misma señal del coral, y rutas de señalización celular que conecten el receptor con genes, que se a su vez, al activarse, pongan en marcha una estrategia depredadora y reproductora de éxito, pues felicidades, mejor para ti. ¿Que no? Pues come lo que puedas, si tienes suerte y estás allí, que mañana será otro duro día de búsqueda de comida.

Complicado, complejo, diverso, adaptativo

ResearchBlogging.org
No es raro confundir ambos términos, complicado y complejo. Pero son claramente distinguibles. Complicado suele hacer referencia a un alto número de elementos materiales, de objetos. Incluso a una amplia variedad de los mismos. Complejo, en cambio, indica un elevado número de interacciones.

Lo complicado se puede reducir clasificándolo. Incluso podemos retirar una parte de los objetos sin que el sistema pierda calidad de funcionamiento. Lo complejo no. Al menos, no sin consecuencias. Todo el sistema puede cambiar perdiendo una conexión, creando una nueva, fortaleciendo o debilitando las que ya existían. Lo que ocurre es que se requiere tiempo para apreciar los cambios en complejidad, mientras que los cambios en complicación son inmediatamente perceptibles.

Red compleja
Fuente: TIEE

Nuestra ciencia es, en gran parte, un estudio de lo complicado hecho sencillo. No tanto de lo complejo. Porque lo complejo es la parte invisible de los sistemas. Es más fácil percibir a un elefante y a la hierba que la influencia de ese elefante sobre la hierba. Así, tendemos a valorar las cosas por lo complicadas que son, no por su complejidad. A pesar de que en esta última propiedad suela residir una mayor parte del valor y del conocimiento. Y también porque la red de interacciones de un sistema suele sobrevivir a sus miembros. Un elemento puede perderse pero eso no supone un problema siempre que otros puedan suplir la función que ejecutaba. El colapso por pérdida de complicación solo se presenta cuando el ritmo de pérdidas es más alto que el de sustituciones o cuando los desajustes creados por sustituir las interacciones originales por otras similares, aunque no iguales, se acumulan. El colapso por pérdida de complejidad podría suceder desde el primer momento o retardarse en el tiempo.

Y es que el tiempo es muy importante en los sistemas complejos. Es él el que evidencia los procesos, las interacciones no visibles. Pero no un tiempo lineal, no. Más bien un tiempo no lineal en el que aunque ocurran cosas no hay consecuencias durante intervalos muy prolongados; hasta que, de pronto, sucede una brusca transición entre modos de funcionamiento; de uno, con unas interacciones, a otro, con otras.

Los sistema complejos pueden ser automáticos o adaptativos. En los automáticos, los elementos no toman decisiones acerca de qué interacciones activar o no en función del contexto. En los adaptativo sí. Eso implica que debe existir una memoria, una percepción y, si es posible, una capacidad de predicción. La memoria contendrá un mapa de las posibles respuesta y las circunstancias en las que deban ocurrir. La percepción deberá obtener información ambiental o del propio sistema para poder construir buenas decisiones. Por otro lado, la predicción ayuda a que los continuos procesos de toma de decisión sucedan más rápidamente.

Pero en los sistemas complejos adaptativos también juega un papel la diversidad. Gracias a la diversidad las respuestas bruscas que ocurrirían solo con memoria, percepción y predicción se suavizan. Si todos los elementos respondieran en el mismo momento, las fluctuaciones serían mucho más intensas que si cada elemento pone en marcha su respuesta en valores diferentes del estímulo, si cada elemento tiene una sensibilidad distinta.

Ventilación en panal
Fuente: Wausberg en Wikipedia

Eso pusieron de relieve, en su estudio sobre abejas, Julia Jones y su equipo, de la Universidad de Sidney. Buscaban la razón de que la abeja reina tuviera varios apareamientos y de que les fuera mejor a las colmenas más diversas. Y encontraron que, en ese tipo de colmenas, las obreras que no son hermanas muestran distinta sensibilidad a la temperatura. Las colmenas se calientan porque hay individuos que están aleteando constantemente y sus músculos desprenden calor. Y se refrigeran si el aleteo se produce en la entrada y si una parte del enjambre abandona el nido. Y es que la temperatura tiene una incidencia notable sobre el desarrollo de las larvas y sobre los ataques parasitarios que puedan sufrir. En las colmenas menos diversas, el “termostato” es más homogéneo y el control de la temperatura es más inestable, menos fino. En las más diversas hay una puesta en marcha o un apagado gradual y eso hace que las variaciones térmicas sean mucho menores.

Este estudio permite ver a la diversidad como una propiedad importante de los sistemas adaptativos complejos, que suaviza los cambios de funcionamiento que las tomas de decisiones impliquen y estabiliza dichos sistemas.

Jones, J. (2004). Honey Bee Nest Thermoregulation: Diversity Promotes Stability Science, 305 (5682), 402-404 DOI: 10.1126/science.1096340

Investigar el pasado en un tubo de ensayo

Antepasado Neandertal
Fuente: Scientific American

Leía el otro día, en el número de septiembre de 2010 de Investigación y Ciencia (ya sabes, esa revista que te recomiendo tanto y que me da mucha información) que el equipo que dirige Svante Pääbo ha deducido que el 4% de nuestros genes tienen origen neandertal. Justo lo contrario de lo que afirma el paradigma actual: que los neandertales no fueron nuestros antepasados.

El mecanismo sería el de hibridación introgresiva. Consiste en que dos individuos de especies distintas (pero no tanto que no puedan dejar descendencia fértil), especies A y B, tienen hijos. Y esos hijos se reproducen con alguien de sólo una de las dos especies. Pongamos la B. Y sus hijos se reproducen también sólo con miembros de esa especie B. Y así una y otra vez. Al final, los genes aportados por la especie A se diluyen en el genoma de la especie B. Por eso esa cifra tan reducida en este caso. 4%.

Se trata de genes que parecen tener que ver con cuestiones como el funcionamiento de la piel, la movilidad de los espermatozoides, algún aspecto del desarrollo cognitivo…

Pero nunca hemos encontrado un fósil de ese híbrido. El registro fósil no nos cuenta esta historia y, probablemente, nunca nos la contará. Pero eso no la hace menos real. El ADN es más fiable que la especulación sobre las lagunas del registro fósil.

Dinosaurio y aves
Fuente: Michael Skrepnic

Además, en el mismo número de esa revista, viene un artículo estupendo sobre el origen de las aves modernas, escrito por Gareth Dyke. Frente al paradigma admitido, frente a la idea predominante, que decía que las aves se diversificaron tras la extinción masiva del Cretácico, que afectó, sobre todo, a dinosaurios, los análisis de ADN proponían otro escenario. Uno en el que las aves modernas, las neornitinas, habían convivido con los dinosaurios, y que ya entonces poseían una variada gama de especies. ¿Te imaginas algo parecido a una garcilla cazando insectos al paso de un triceratópsido, igual que hoy hacen al paso de un búfalo? Pues debió de ser algo habitual.

Aunque, te recuerdo, que debiéramos considerar a las aves como dinosaurios. No, no, ese grupo no se ha extinguido. Ni mucho menos. De hecho, es el más diverso de los vertebrados terrestres.

Pero volviendo a la cuestión de los fósiles, entre las colecciones de museos y facultades se descubrieron dos ejemplares problemáticos. Porque no había manera de interpretarlos bien. No se entendían sus características. Porque no podía pensarse en que fueran aves modernas, ya que tenían antigüedades de 70 y 68 m.a. Se trataba de Teviornis y Vegavis. Para la forma de pensar predominante, basada en especulaciones que tratan de rellenar las lagunas del registro fósil, no eran fáciles de aceptar. Pero analizados de otro modo, más de acuerdo con lo que indica el ADN, resultó que ambos pájaros eran bastante modernos. Y parientes, los dos, de los patos actuales.

El registro fósil es el que es. Se trata de evidencias directas, tangibles. Pero que tienen que ser interpretadas. Y, también, es un libro al que le faltan muchas páginas. No hallaremos todos los fósiles que hay, y no hay suficientes fósiles para contar la historia de todo lo que le ha pasado a los seres vivos. Por tanto, la investigación del pasado requiere de más herramientas. De hecho, de todas las posibles. Y los análisis de ADN son esenciales. Estos dos ejemplos de éxito lo demuestran. En la primera historia, probablemente jamás hallemos los huesos del neanderthal que hay en nuestro pasado. En el segundo, ayudaron a mirar de otra manera unos restos y, así, entenderlos mejor.

Sí, ya lo sé, ninguna de las dos son noticias nuevas. Pero yo las acabo de leer…

Murciélagos, picaduras, peces y crisis económica

Un mal momento han elegido algunas poblaciones de murciélagos para morirse. Bueno, en realidad nunca es buen momento para morirse y no lo han elegido ellos. Pero resulta que necesitamos a los murciélagos más que nunca en las ciudades. Por la crisis económica y las piscinas abandonadas.

Uno de los efectos de la crisis es el deshaucio de casas por morosidad. Aquí en España no tanto. Pero en EE.UU. ha sido un fenómeno muy generalizado, especialmente en California y Arizona. Ese abandono ha afectado, y mucho, a las viviendas de cierto nivel de lujo, que tenían piscinas. Que eran las más demandadas por el cambio climático, que está aumentando las temperaturas, sí, pero también las olas de calor.

¿El resultado? Un mar de aguas abandonadas. Una mala idea para nosotros, pero una buena idea para los mosquitos. En cuanto se marcha el propietario llegan los insectos. Y con ellos la capacidad de transportar virus, como el del Nilo Occidental. U otros.

Y antes eso era una buena noticia para los murciélagos. Antes, cuando sus poblaciones eran más abundantes. ¡¡Hombre! Ahora los pocos que quedan se pegan un banquetazo, pero no eliminan la mayoría de los mosquitos.No, no, los murciélagos en algunos lugares están decayendo tanto en sus poblaciones que no nos están resolviendo el problema. ¿La causa? Un hongo muy contagioso.

The scientists that have been tracking and studying the mysterious deaths of nearly half a million hibernating bats in the Northeast have come to the conclusion that the culprit is a highly contagious fungus that could very likely eliminate the North American bat population.

The malady has been termed “white-nose syndrome” due to the characteristic white patterning of fungus seen around the face of the bat and other body parts. Bats tend to hibernate roughly 200 days out of the year, a period where their immune system significantly slows and they remain inactive to conserve energy and store fat. The fungus thrives during these cold weather months. Humans are suspected to be contributing to the problem by carrying the fungus from cave to cave.

The most concerning aspect of the currently uncontrollable fungal epidemic is the ecological impact that a decline or loss of bat species would entail. Bats are a fundamental aspect in the population control of insects such as mosquitoes and moths.

Pero los murciélagos hacen muchos más servicios ecosistémicos que limpiar piscinas. Sin ir más lejos, son los responsables de la dispersión de semillas de muchos árboles. O el control de insectos y polillas que te indicaba el texto citado antes; muchas de ellas especies que reducen la productividad de cultivos porque son plagas. Todos ellos, todos esos servicios ecosistémicos, se están viendo afectados por el declive de las poblaciones de murciélagos en todo el mundo, afectados por la pérdida de hábitat, la variación climática, la contaminación…

Pez mosquito
Toniher

Una solución más cara que la de los murciélagos procede también de la biología. Es el uso de peces. En concreto de Gambusia affinis. Porque aunque hay que detectar cada piscina, comprar los peces, llevarlos allí y soltarlos, el riesgo de dispersión del virus del Nilo occidental aconsejaba una rápida acción.

(Por cierto, que Gambusia affinis sabe sumar. Pero eso es otra historia, jejejeje…)

¿Te has dado cuenta cuántas interacciones se ponen en marcha? La crisis económica crea un marco nuevo, donde las reglas de juego, de comportamiento, han cambiado. Igual pasa con la crisis ambiental. Y lo que antes era una comodidad deseable, la piscina, se convierte en un riesgo. No es que la crisis económica o climática sean malas. Que sí lo son. Es la cantidad de riesgos nuevos, sorpresivos, que generan.

Por cierto… ¿Te has dado cuenta de que la biología no es lineal? No hay un principio y un fin. Tú puedes haber llegado a este post si te interesa la crisis económica, los peces, los murciélagos, los hongos, el cambio climático, la productividad de los cultivos, el bosque tropical, los virus, los mosquitos…