sábado, noviembre 08, 2014

Evolución de la arquitectura animal


Hopi Hoekstra
Pájaros, mamíferos, peces, insectos y muchos otros animales construyen una amplia variedad de complicados nidos y casas. Siempre se ha sospechado que los genes y las conductas han tenido que evolucionar para permitir a las criaturas construir esas estructuras. Pero ha sido en las últimas décadas cuando se ha empezado a investigar y conocer algunas cosas sobre la genética de la arquitectura animal. Rob Dunn es un biólogo interesado en este asunto y una de las cosas que le generó interés por la arquitectura de los animales fue darse cuenta de que estas construcciones evolucionan. Cada tipo de nido es una parte integral de la especie y de los individuos que la componen, igual que sus extremidades, el color de los ojos, la piel, etc. Lo fascinante es que las instrucciones para construir esos nidos deberían estar, por lo menos en parte, en los genes.

Investigaciones recientes han empezado a descubrir algunos de los genes responsables de la conducta de construcción de “casas” animales, así como la física (complicada muchas veces) subyacente a estas moradas y la forma en que los organismos las construyen.

Un ejemplo son los trabajos de Hopi E Hoekstra, bióloga que trabaja actualmente en Harvard pero que empezó a estudiar los túneles que hacen los ratones en la Universidad de San Diego. Ella y Jesse Weber tuvieron que diseñar primero un lugar cerrado con diversos materiales que fuera lo suficientemente grande para que los ratones hicieran túneles y poder estudiarlos y como no disponían de un laboratorio donde hacerlo lo construyeron  en el garaje de la casa de Hoekstra. Estudiaron dos ratones de campo, el ratón “oldfield” (campoviejo) que construye un túnel corto y el ratón “deer” (ciervo) que construye un túnel más largo con una salida de emergencia cerrada pero que termina justo debajo de la superficie (esto es una adaptación a la zona en la que vive donde hay muchas más serpientes).

Estos investigadores decidieron hacer con los ratones lo mismo que Mendel había hecho con los guisantes: cruzarlos y ver qué pasaba. Este enfoque es un poco burdo porque muchas características no siguen un patrón mendeliano simple sino una herencia poligénica más complicada, como Hoekstra y Weber suponían que podía ocurrir con la construcción de túneles. Pero a pesar de todo decidieron probar y ver qué ocurría. Y el resultado fue sorprendente.

Lo que podríamos esperar es que los túneles de la primera generación hija de ratones fueran una amalgama compleja de los construidos por los padres. Pero no fue eso lo que ocurrió. La primera generación  de ratones construyeron todos ellos túneles con vía de escape. En teoría este patrón podría resultar de una dominancia simple implicando sencillamente a dos genes, uno asociado con la longitud del túnel y otro  con la vía de escape. Pero Hoekstra y Weber no pensaron que fuera tan sencillo. Volvieron a cruzar a la primera generación hija con ratones “deer” otra vez  y entonces observaron que la mitad construía túneles con vía de escape y la mitad no -lo que indicaba dominancia simple- pero la longitud del túnel era muy variable, lo que indicaba un patrón más complejo. Podéis ver una síntesis del experimento en el gráfico:


Evidentemente, la genética de otro tipo de construcciones será más complicada pero lo importante de estos experimentos es demostrar que conductas complejas implicadas en la construcción de nidos pueden estar genéticamente codificadas y que son producto de fuerzas evolucionistas. Pero la genética de las construcciones no es lo único interesante acerca de ellas, también lo son la forma que tienen o los problemas físicos que las diversas criaturas tienen que resolver al construirlos. Para ilustrar este punto tenemos el caso de las torres que construyen las termitas. Las construcciones de los insectos sociales son realmente complicadas como vemos en los montículos de las termitas. Hay variaciones en estas construcciones de unas especies a otras pero en todas se habían observado una cámaras vacías que aparentemente no servían para nada. Pero a pesar de no usarse para nada todas las termitas las construyen.

La investigadora Judith Korb con la ayuda de sensores de temperatura y demás ha descubierto que estas cámaras funcionan como una especie de “pulmón de barro”. De día facilitan que el aire exhalado por las termitas, y el CO2, se difunda hacia arriba  y no se asfixien mientras que a la noche permite que aire limpio y más frío se difunda hacia la parte baja del montículo. Es decir, que estas estructuras permiten que las termitas respiren. Además de ese control de microclima, estas construcciones también sirven lógicamente de protección o de escudo contra enemigos y tienen el grosor adecuado para impedir que la mayoría de sus enemigos puedan destruirlos. 

En la construcción de estas complejas torres se ha comprobado que no hay un plan maestro sino que los individuos actúan de manera ciega siguiendo una serie de reglas básicas y se han desarrollado modelos matemáticos que imitan estas simples reglas con buenos resultados. Por ejemplo, la cámara oval de la reina de las termitas parece que responde a una feromona que impide que las obreras construyan justo a su alrededor construyendo la pared a una cierta distancia. Queda prácticamente todo por aprender acerca de la arquitectura animal pero el punto esencial es que las casas animales son tan producto de la evolución como las propias criaturas.

@pitiklinov

Referencia:



5 comentarios:

Masgüel dijo...

Sin plan maestro no es arquitectura. Será autotectura o algo similar. ¿Por qué hilar tan fino?. Porque también sería interesante saber dónde termina la construcción que resulta de heredar una conducta, sin saber lo que se hace, y dónde empieza la construcción que obedece a un mapa mental. El termitero parece un claro ejemplo del primer caso, pero los pájaros ven el nido y saben dónde falta una ramita. No eligen su diseño. Todos los nidos de la misma especie se parecen. ¿Nacen con una imagen mental del nido?. ¿Hay contenidos de conciencia que no requieren aprendizaje, que vienen de fábrica con el tejido nervioso de cada especie?. Los ratones de laboratorio llevan tanto tiempo frecuentando laberintos que ven a través de las paredes. ¿Tanta flexibilidad cognitiva para después hacer la madriguera como les sale de los higadillos?. Las arañas drogadas no aciertan un punto. ¿Enredan las patas o se les olvida cómo era?.

Enric Rodríguez dijo...

No veo nada de sorprendente en descubrir que las conductas de los animales estén vinculadas a sus genes. Ya sean estas "conductas arquitectonicas", como de búsqueda de alimento, como apañarselas para aparearse.
Lo que me parece más dudable es que este vínculo entre genes y conductas sea equiparable a ser siempre cosa exclusiva de la codificación genética (cómo sí parece ser el caso, y de manera simple, de estos ratones).

Por último me parece interesante poner sobre la mesa la excepcionalidad que representa en este sentido el animal humano. No sé en que sentido puede estar exclusivamente codificado en los genes la Sagrada Familia de Gaudí, pongamos por caso.
Usando la terminologia de Masgüel, me atrevería a decir, que el hombre es el único animal que hace de la autotectura una arquitectura.

un saludo.

Pitiklinov dijo...

Bueno, Enric, no sé cuál es tu formación, pero en ciencia hace unas décadas poner la palabra genética y la palabra conducta en la misma frase era anatema. W. D. Hamilton en los años 60 era un bicho raro porque quería estudiar la genética del altruismo y nadie le apoyaba ni le tomó en serio. En Psicología y Psiquiatria hace unos años hablar de ello era también tabú y en Sociología todavía sigue siéndolo según algunas encuestas recientes. Que se hereden rasgos físicos vale, pero que se hereden conductas es difícil de digerir.
Yo mismo no tengo ningún problema teórico en aceptar que la conducta tiene un componente hereditario, pero a nivel práctico me sigue fascinando cómo se puede codificar eso en los genes.
Cuando mi perra huele un gusano muerto inmediatamente se quiere revolcar encima. Esto no lo ha podido aprender porque la tenemos desde pequeña y no lo ha visto hacer y me sorprende cómo puede estar grabado en los genes ese ritual (con esto no quiero decir que dude de que lo esté, por supuesto)
Las conductas arquitectónicas, como muy bien dices son equiparables a las de apareamiento, búsqueda de comida, etc., pero tienen algo más marcado el matiz de afectar no solo al individuo portador de los genes sino al ambiente, como las presas de los castores, las telarañas, etc. Es un campo en el que tal vez la idea del fenotipo extendido de Dawkins tiene mucho sentido
Un saludo y gracias por tu comentario

Enric Rodríguez dijo...

Pitiklinov,
Bueno, Enric, no sé cuál es tu formación
Nula para los efectos.
“quería estudiar la genética del altruismo”
El problema sea tal vez que no se esté entendiendo por altruismo la misma cosa. No sé, por ejemplo, si es lo mismo la genética del altruismo que el altruismo de la genética. Lo primero parece indicar que el altruismo está regulado por la codificación genetica, lo segundo, que en la genética y sus consecuencias, hay cosas que son propias del altruismo.
“Que se hereden conductas es difícil de digerir”
Es que las conductas refieren a una modificación de TODO el ser vivo en relación al medio. Y aunque los genes forman parte del ser vivo, y de un modo relevante, no son todo el ser vivo, ni son el medio. La respuesta dada al medio la da el animal entero en relación al medio, no un supuesto código genético sin más. Lo contrario es confundir una respuesta sistémica con aspectos funcionales de parte del sistema( muy relevantes, necesarios e imprenscindibles, pero que no codifican por sí solos todo el sistema), es confundir la parte por el todo.
“me sigue fascinando cómo se puede codificar eso en los genes”
Si está codificado es simple de entender. Pero como la mayor parte de las conductas de los animales con cierta complejidad, no están codificadas por los genes (aunque obviamente sí que están vinculadas), pues no es de extrañar que te fascine…

“me sorprende cómo puede estar grabado en los genes ese ritual (con esto no quiero decir que dude de que lo esté, por supuesto)”
Pues yo no sólo lo dudo, sino que creo que no lo está. Esto me recuerda a la teoría del conocimiento de Platón, en que descubrir la idea X venía a ser lo mismo que recordar X.

“Es un campo en el que tal vez la idea del fenotipo extendido de Dawkins tiene mucho sentido”
Exacto. Pero yo extendería también el genotipo. La información o codificación de las conductas animales que se dirigen a cambiar el medio para ajustarlo a propósitos de “eficacia” evolutiva, no exclusivamente están “inscritos” en el ADN.

Un saludo.

Masgüel dijo...

Para no variar, estoy de acuerdo con Enric. Cuanto más amplia la unidad de selección, más fenómenos integra en la teoría. El metabolismo celular no solo es traducción de genes. El organismo no es solo diferenciación de células y la sociedad no es solo parentesco. La selección multinivel complica el juego. Hamilton resulta muy atractivo para la querencia reduccionista. La biología en una fórmula matemática. Ya no cuela.