La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Archive for the ‘Evolución’ Category

La volubilidad sexual de las alondras y sus posibles beneficios evolutivos

Posted by Carlos en enero 30, 2008

Tal como Verdi inmortalizó en su Rigoletto, la mujer es voluble como una pluma al viento. Sin embargo, esta volubilidad no es tal en términos reproductivos, al menos de manera general. En esto no hay gran diferencia con una gran mayoría de especies animales, en las que las hembras dirigen la evolución de ciertas características sexuales de los machos mediante la selección continuada de parejas con dichas características. El espectacular despliegue de plumas, colores, cornamentas, etc. de diferentes especies se debe a esta presión selectiva, gracias al uso que la hembra hace de estos rasgos como indicadores de la salud, fortaleza, o capacidad reproductora del macho. Sin embargo, hay un caso que está intrigando a los biólogos, y que hace referencia a la volubilidad de los gustos sexuales de las alondras.

Alondra macho Alondra hembra
Credit: Alexis Chaine

Alexis Chaine y Bruce Lyon, dos investigadores del CNRS y de la Universidad de California en Santa Cruz respectivamente, han realizado un seguimiento del apareamiento de las alondras durante 5 años, recopilando información de 384 apareamientos, para intentar determinar que características físicas de los machos eran las que las hembras estaban seleccionando. Las conclusiones a las que han llegado son sorprendentes, y están incluidas en un artículo titulado

publicado en Science. Según indican, las características seleccionadas en los machos varían drásticamente de un año para otro, e incluso incluyen cambios en la dirección de selección. Así, en 1999 las hembras buscaban picos grandes, mientras que en 2000 era coloración oscura, en 2002 un tamaño corporal pequeño, y al año siguiente un tamaño corporal grande. Este comportamiento tan aparentemente errático indica que hay algún factor subyacente que se está ignorando, y en este caso la hipótesis es que las hembras de alondra realizan su selección de acuerdo con las circunstancias actuales del entorno, y de forma aún no totalmente comprendida seleccionan a los machos cuyas características favorecerán más la cría ese año (capacidad de recolección de alimento si éste escasea, o de proteger el nido si hay mayor presencia de depredadores, etc.). En entornos cambiantes esta capacidad de selección es fundamental, y tiene como efecto añadido que potencia la diversidad de los rasgos masculinos, lo que resulta importante en este tipo de entornos dinámicos.

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La precocidad sexual de los dinosaurios

Posted by Carlos en enero 19, 2008

El estudio de la biología reproductiva de los dinosaurios es un tema apasionante y de gran dificultad, ya que la principal fuente de información -el registro fósil- es limitada, tanto en la amplitud del número de muestras como en el tipo de tejido que se preserva en las mismas. Es además un campo en el que los resultados pueden ser sumamente interesantes, e incluso sorprendentes. Así se puede calificar un reciente estudio relativo a la edad de madurez sexual de diferentes especies de dinosaurios, realizada por Andrew H. Lee y Sarah Werning, del Departamento de Biología Integrativa y del Museo de Paleontología de la Universidad de California en Berkeley, en un trabajo titulado

y publicado esta semana en PNAS. El título del artículo no es demasiado impactante, en la medida en que las especies extintas de dinosaurios están emparentados de manera cercana a las aves (aunque ha sido común aplicarles modelos de crecimiento basado en reptiles). Sin embargo, también en ese aspecto hay hallazgos interesantes. Lo que Lee y Werning han estudiado son unas muestras de huesos de las extremidades en los que se puede encontrar hueso medular, un tipo especial de tejido que se encuentra entre el hueso duro exterior y la médula interna, y que podemos hallar hoy en día en las aves hembra durante breves periodos antes de la puesta de huevos, ya que se usa como fuente de calcio para la creación de la cáscara de éstos.

Hueso medular alosaurio
Andrew Lee/Ohio University; fossil courtesy of the University of Utah

El hallazgo de este tejido medular no es nuevo, y se remonta a un artículo en Science de 2005 titulado

y realizado por investigadores de las universidades de Carolina del Norte y Montana. Este hallazgo sirvió para poner una vez más de manifiesto la relación entre dinosaurios y aves, a la vez que para proporcionar una indicación directa del sexo de un cierto fósil. Lo interesante del nuevo trabajo de Lee y Werning es que han estudiado la edad de los dinosaurios que presentaban este tejido, y por lo tanto se hallaban en fase de edad reproductiva. Esta edad se puede determinar estudiando los anillos de crecimiento en la corteza de los huesos (similares a los anillos de crecimiento de los árboles).

Anillos de crecimiento Tenontosaurio
Sarah Werning/UC Berkeley & Andrew Lee/Ohio University; fossil courtesy of the Oklahoma Museum of Natural History

El resultado del análisis indica que los dinosaurios alcanzaban la madurez reproductiva antes de la edad adulta, lo que contrasta no ya con los reptiles, sino incluso con las aves. De hecho se trata de una circunstancia que es común entre los mamíferos de medio y gran tamaño, en los que la madurez sexual marca el comienzo de la fase de ralentización en el crecimiento, pero no su final. El análisis realizado corresponde a muestras de alosaurio, tenontosaurio, y tiranosaurio, e indica que la edad de madurez sexual en las citadas especies era de 10, 8 y 18 años como máximo. Hay que tener en cuenta que estas especies podían tener una longevidad que rondaba los 30 años, y que la edad adulta podía durar relativamente poco. Hay de hecho una razón evolutiva por las que una estrategia de este tipo pudo ser rentable, como es un nacimiento precoz, y una alta tasa de mortandad adulta. El tenontosaurio era un herbívoro, y estaba por lo tanto debajo en la cadena alimenticia del alosaurio y el tiranosaurio, lo que explica además su mayor precocidad sexual.

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Un creacionista dice una gran verdad

Posted by Carlos en enero 3, 2008

Lo leí en Pharyngula y me hizo reír un rato. Se trata de una cita de un tal Todd Friel en un podcast evangelista estadounidense –The Way of the Master, el mismo en el que interviene el otrora ídolo juvenil Kirk Cameron- a cuenta de la evolución. A este Todd Friel parece que no le convence la teoría de la evolución, y en su obcecación ha dicho algo que es una gran verdad:

Soy realmente estúpido o la teoría [de la evolución] es realmente estúpida.”

(La frase que se oye en el podcast -la mencionada anteriormente- no es exactamente igual que la que se indica en Pharyngula, pero viene a significar lo mismo.) Veamos, si A = “Yo [Todd Friel] soy realmente estúpido” y B = “la teoría [de la evolución] es realmente estúpida” tenemos A OR B como hecho cierto. Sabemos que ¬B, así que modus tollendo ponens llegamos a la conclusión inevitable de que A es cierto. Lo mejor de todo es que la frase seguiría siendo cierta en boca de cualquiera lo suficientemente estúpido para afirmarla (lo que con gran certeza incluye entre otros a los colegas de Friel). Es la estupidez autorreferente, contribución teórica del creacionismo.

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Un cinodonte sale del armario

Posted by Carlos en diciembre 13, 2007

I’m a mammal!

Seguramente una confesión de estas características no debió hacer mucha mella en los sufridos padres cinodontes, habida cuenta que fueron capaces de sobrevivir a la gran extinción masiva del Pérmico-Triásico, lo cual infunde carácter (no en vano en esa extinción masiva -la mayor ocurrida jamás, acaecida hace 251 millones de años- desapareció el 96% de las especies marinas y el 70% de las especies de vertebrados terrestres). Además, los cinodontes (en particular los eucinodontes) ya tenían el cuerpo cubierto de pelo, y eran parcial o totalmente endotermos. Más aún, la evolución de la configuración de sus mandíbulas condujo a la reutilización de algunos huesos de la misma en el oído interno, lo que les proporcionó una mayor agudeza auditiva, que estimuló a su vez el desarrollo cerebral. No eran mamíferos, pero estaban en ello.

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Fotosíntesis in silico, Plantas Transgénicas, y Algoritmos Evolutivos

Posted by Carlos en diciembre 6, 2007

La evolución natural es muy frecuentemente un proceso anti-intuitivo. Tendemos a etiquetar diferentes características de algunos organismos como positivas o negativas, pero luego observamos como sorprendentemente estas características no han sido plenamente optimizadas durante el proceso evolutivo. Hay muchas razones por las que esta aparente paradoja no es más que el resultado de un análisis incompleto de la situación. Por ejemplo, existen restricciones estructurales que restringen los posibles cambios evolutivos en cada instante, hay variables ocultas cuya interacción con las variables analizadas no se tiene en cuenta, y existe una situación de recursos limitados que impide que en general la evolución de diferentes componentes de un organismo pueda realizarse de manera independiente entre sí. Si a todo esto le añadimos que la característica final optimizada por la selección natural es la eficiencia en supervivencia y fertilidad, no es de extrañar que características que externamente consideraríamos importantes puedan tomar caminos evolutivos sorprendentes.

hojaUn ejemplo de índole mucho más práctica de todo lo anterior lo encontramos en el ámbito de las plantas. La eficiencia del proceso de fotosíntesis es fundamental para el crecimiento de la planta y de los frutos que produce. Sin embargo, la distribución de recursos metabólicos optimizada por la evolución para maximizar localmente la supervivencia y la reproducción no necesariamente conlleva una maximización de la productividad fotosintética. El cómo dicha productividad podría mejorarse con una diferente distribución de recursos es algo que ha sido estudiado por Xin-Guang Zhu, Eric de Sturler and Stephen P. Long, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaing, Virginia Tech y el NCSA, en un trabajo titulado

publicado en Plant Physiology. Zhu et al. han utilizado un modelo computacional del metabolismo de la fotosíntesis del carbono, compuesto por una colección de ecuaciones diferenciales entrelazadas en las que intervienen 38 variables enzimáticas. La concentración de estas enzimas está sujeta a una restricción global de contenido de nitrógeno, lo que implica que aumentos en una conllevan disminuciones en otra. Usando este modelo computacional en un escenario de recursos fijos como el descrito, puede determinarse cuál sería la eficiencia fotosintética de una planta en unas condiciones ambientales determinadas, dada una cierta concentración inicial de cada una de las enzimas. Esta concentración ha sido posteriormente optimizada para maximizar la eficiencia fotosintética mediante un algoritmo evolutivo (como nota curiosa, los autores del trabajo citan a D.E. Goldberg -quizás por la cercanía geográfica, ya que Goldberg está también en Illinois- en relación al algoritmo evolutivo, aunque el enfoque que emplean es una estrategia de evolución al más puro estilo de H.-P. Schwefel e I. Rechenberg).

Xin-Guang Zhu et al. (c) American Society of Plant Biologists
Credit: Xin-Guang Zhu et al. (c) American Society of Plant Biologists

Como puede apreciarse en la figura superior (tomada de la figura 4 en el artículo citado), se consigue optimizar la absorción de CO2 mediante el ajuste de las concentraciones enzimáticas. Esta información resulta de gran utilidad con vistas a la experimentación transgénica, ya que da pistas muy relevantes sobre modificaciones genéticas que pueden explorarse. Más aún, hay una circunstancia fundamental que debe considerarse: el cambio antropogénico en la concentración atmosférica de CO2. Las plantas actuales han evolucionado durante 25 millones de años con concentraciones de CO2 de 235 μmol mol-1, pero en la actualidad esa concentración ha alcanzado 384 μmol mol-1, y puede llegar a 700 μmol mol-1 a finales de siglo. Claramente la evolución natural trabaja a una escala temporal mucho más larga, por lo que no se puede esperar una adaptación rápida a estas nuevas características ambientales. La eficiencia de la fotorrespiración se reducirá en plantas silvestres, lo que abundará en la necesidad de la experimentación transgénica para el consumo humano (habida cuenta que no parece que se vaya a estabilizar el nivel de CO2 a medio plazo).

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Impresiones en relieve de anfibios de hace 330 millones de años

Posted by Carlos en noviembre 1, 2007

Acaba de ser noticia en diferentes medios de comunicación el descubrimiento de fósiles de medusas de hace más de 500 millones de años. Este descubrimiento ha sido realizado en sedimentos marinos situados en la Marjum Formation de Utah, en los EE.UU., y el análisis científico ha sido realizado por Paulyn Cartwright y colaboradores, de cinco instituciones diferentes, en un artículo titulado

publicado en PLoS One. Gracias aque los fósiles se han preservado en sedimentos especialmente finos se han podido estudiar múltiples detalles anatómicos que típicamente no es posible apreciar en este tipo de fósiles. Hay que reseñar que la datación de estos fósiles los sitúa inmediatamente después de la explosión cámbrica, que tuvo lugar hace alrededor de 530 millones de años, por lo que la información obtenida resulta muy importante para entender las características de los organismos que emergieron de dicha explosión de diversidad biológica. En particular, Cartwright et al. destacan en su artículo que características de algunas medusas modernas (e.g., Tripedalia cystophora) tales como ojos y sistema nervioso complejos ya estaban presentes hace 505 millones de años durante el Cámbrico Medio.

Relacionado con lo el descubrimiento anterior (en la medida que supone un hallazgo paleontológico de gran rareza y capaz de suministrar información sumamente relevante) es el hallazgo en una roca arenisca de la Mauch Chunk Formation en Pennsylvania (EE.UU.) de las impresiones en relieve de los cuerpos de anfibios de hace 330 millones de años. El hallazgo está descrito en un trabajo realizado por Spencer G. Lucas, David L. Fillmore, y Edward L. Simpson, del Museo de Historia Natural de New México y la Kutztown University, titulado

presentado en la reunión anual de la Sociedad Geológica Americana en Denver. Las impresiones de estos anfibios (al menos tres de ellos) revelan datos interesantes sobre la textura de su piel, sus dimensiones, y su comportamiento gregario, incluyendo la posibilidad de fertilización interna y rituales de aparejamiento.

Impresión en arenisca de anfibios prehistóricos

Una de las cosas más curiosas en relación a este último hallazgo es la forma en la que se produjo, típica de las películas de aventuras arqueológicas. La roca que contenía las impresiones fue extraída hace décadas, y llevada a un museo en cuyo almacén permaneció inadvertida, sin ser examinada durante todo ese tiempo. Ha sido ahora cuando un estudiante que realizaba su tesis dio con ella mientras examinaba los fondos del museo (este estudiante es David L. Fillmore, el segundo autor del artículo reseñado anteriormente).

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Inconsistencias en el análisis de ADN Neanderthal

Posted by Carlos en octubre 15, 2007

Homo NeanderthalensisLa cuestión de si hubo mestizaje entre la especie humana y la neanderthal durante el periodo de su coexistencia, y de si dicho mestizaje puede observase en nuestro acervo genético ha sido ampliamente debatida, aunque no siempre se han alcanzado conclusiones consistentes. El consenso actual de acuerdo con la evidencia paleoantropológica es que no hubo tal intercambio genético entre nuestras especies, y esa es la conclusión que apoya un estudio de James P. Noonan y colaboradores, de cuatro instituciones diferentes de los EE.UU. y de Alemania, en un trabajo titulado

publicado en Science el año pasado. Según este trabajo, la divergencia entre humanos y neanderthales se produjo hace 706,000 años, la separación de las poblaciones en especies diferentes hace 370,000 años, y la contribución del ADN Neanderthal al acervo genético humano actual es del 0% (entre 0% y 20% con un intervalo de confianza del 95%). Sin embargo, otro trabajo que apareció de manera casi simultánea en Nature mostraba resultados muy diferentes. Se trata concretamente de un artículo de Richard E. Green y colaboradores, de tres instituciones de EE.UU., Alemania, y Croacia, titulado

En este trabajo se estimaba en 516,000 años el tiempo de divergencia entre humanos y Neanderthales, lo que resulta una cifra muy cercana a la divergencia dentro de la población humana, estimada en 459,000 años. Más aún, las secuencias de ADN Neanderthal portaban aproximadamente una tercera parte de los polimorfismos de un solo nucleótido conocidos en el dominio público para los humanos, lo que sugiere una divergencia tardía, o una mezcla significativa de genes entre humanos y Neanderthales.

Esta aparente incoherencia ha sido objeto de un re-análisis por parte de Jeffrey D. Wall y Sung K. Kim, del Instituto de Genética Humana de la Universidad de California San Francisco, en un trabajo titulado

que acaba de ser publicado en PLoS Genetics. Wall y Kim han tratado en primer lugar de homogeneizar los métodos de análisis para ver si la discrepancia en los resultados se debe a cuestiones metodológicas. Los resultados que obtienen son sin embargo los mismos a grandes rasgos que obtienen Noonan et al. y Green et al., al menos en los que a tiempo de divergencia respecta. Mucho más sorprendente es el resultado en relación al tiempo de separación entre poblaciones -no calculado en el trabajo original de Green et al.– que en el caso de este último es de sólo 35,000 años. Una separación tan cercana es lógicamente inconsistente con lo resultados de Noonan et al., y apunta a algún tipo de problema con el conjunto de datos usado por Green et al.

La hipótesis de algún tipo de sesgo (e.g., contaminación o errores de secuenciamiento en las secuencias de ADN Neanderthal usadas por Green et al.) parece probable según indican Wall y Kim. De hecho un análisis separado de los fragmentos más pequeños de ADN Neanderthal arroja resultados compatibles con los de Noonan et al., mientras que el análisis de los fragmentos más largos (más proclives a la contaminación, debido a la degradación del ADN Neanderthal) arrojan resultados tan absurdos como que la similitud genética media entre los genomas humanos y Neanderthal sería superior a la que existe entre miembros de una población africana actual.

A la vista de este trabajo parece que se la ausencia de material genético Neanderthal significativo en nuestro genoma sigue soportando el análisis empírico. Habrá que ver en cualquier caso cómo evolucionan los acontecimientos a medida que se disponga de más datos y mejores medios técnicos para el análisis de los mismos.

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La chinche del murciélago eleva a nuevas cotas la guerra de sexos

Posted by Carlos en septiembre 24, 2007

Chinche del murciélago (Credit: Richard Naylor)Los derroteros por lo que transita la evolución son a menudo sorprendentes, y si como en el caso que nos ocupa hay además una guerra de sexos de por medio, el resultado es simplemente increíble. La chinche del murciélago –Cimex pilosellus– es un insecto parásito de la misma familia de las chinches de las camas que -como su nombre indica- se alimenta de la sangre de los murciélagos (aunque llegado el caso no le hacen ascos a los humanos). Lo más llamativo de esta especie es su inusual protocolo reproductivo: el macho inyecta unos aguijones en el abdomen de la hembra para introducir el esperma directamente en el flujo sanguíneo. Esto traspasa la frontera de lo molesto para la hembra para convertirse en doloroso e incluso peligroso para la misma. Para darle una vuelta de tuerca adicional a la situación, los machos realizan frecuentemente sus “ataques” sexuales sobre otros miembros de la especie, sin comprobar su sexo, lo que resulta en un gran número de encuentros macho-macho que se saldan con heridas serias para uno de ellos.

Una situación como la descrita es la idónea para que se produzcan adaptaciones evolutivas ad hoc, como efectivamente es el caso: las hembras comenzaron a desarrollar unas estructuras externas a modo de embudo en el abdomen, con el objetivo de atraer hacia las mismas los aguijones del macho; de ese modo las heridas se producen en un lugar controlado, en el que además se han desarrollado unas bolsas de células inmunitarias que minimizan los riesgos de infección. Estas estructuras no son en cualquier caso exclusivas de las hembras, ya que los machos también se atacan entre sí. Los embudos de los machos son no obstante ligeramente diferentes, más abiertos y expuestos, lo que aparentemente actúa de señalización ante otros machos y disminuye el riesgo de ataques.

Sin embargo, la cosa no podía terminar ahí como era previsible. La siguiente adaptación evolutiva que se ha producido es asombrosa, tal como describen Klaus Reinhardt y colaboradores, de la Universidad de Sheffield y del Max-Planck-Institute for Metals Research, en un artículo titulado

que será publicado en The American Naturalist. Reinhardt et al. han realizado un estudio en poblaciones africanas de la chinche del murciélago, y han encontrado que algunas hembras están empezando a imitar la morfología de los órganos paragenitales de los machos. De esta manera consiguen una menor atención por parte de éstos, y reducen el número de ataques. Puede parecer sorprendente que las hembras desarrollen una estrategia para evitar tener encuentros sexuales, y realmente lo es en parte. La explicación reside en un compromiso subyacente entre la fertilidad de la hembra, y el coste de la fertilización (muy alto en este caso, dado la forma tan traumática de realizar la cópula). Algunas hembras apuestan por una fertilidad alta, a riesgo de padecer muchos encuentros sexuales potencialmente peligrosos, mientras que otras reducen este riesgo a costa de una menor fertilidad. Este polimorfismo sexual en las hembras puede tener consecuencias de alcance, ya que la estructura de los órganos sexuales es el factor definitorio de muchas especies de insectos. Como apuntan los autores, podemos entonces estar presenciando el nacimiento de una nueva especie.

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¿Se puede (o se debe) definir la vida?

Posted by Carlos en septiembre 13, 2007

En todas las discusiones sobre las posibilidades de existencia de vida fuera de la Tierra surge siempre la cuestión de qué es lo que se entiende por vida. Ese es el caso de por ejemplo las estructuras autorreplicantes que se han teorizado en simulaciones de nubes de polvo interestelar: de existir realmente, ¿deberían ser consideradas como vivas? En este caso concreto los autores argumentaban que sí en base a una definición -bastante razonable por otra parte- de vida, en la que la capacidad autoorganizativa, el consumo energético, y la adaptación evolutiva se consideraban características esenciales. La cuestión es: ¿debe aceptarse esa definición? O yendo más lejos aún, ¿es posible/correcto hacer una definición de vida?

Esta última cuestión fue lanzada por Carol Cleland, profesora de filosofía de la Universidad de Colorado, según nos cuenta Carl Zimmer en un interesante artículo en Seed Magazine. Para entender mejor el punto de vista de Cleland puede hacerse un recorrido por algunas de las diversas definiciones de vida que se han realizado. Por ejemplo, las primeras definiciones modernas, allá por los años 50 del siglo pasado, se centraban en la biología molecular, y en cómo se producían complejos orgánicos y se almacenaba información en los mismos. Este tipo de definición puede considerarse problemática en tanto en cuanto mezcla el qué con el cómo. Recuérdese en este sentido el caso de la búsqueda de vida en Marte, y cómo los resultados de las pruebas realizadas en la misión Viking -orientados a buscar formas de vida análogas a las existentes en la Tierra- dieron resultados ambiguamente negativos. Al fin y al cabo, las condiciones de vida en Marte distan mucho de las terrestres, por lo que de existir vida, ésta podría diferir formalmente en aspectos que estamos dando por sentados.

Esta problemática sugiere que puede ser más interesante buscar una definición funcional de la vida. Ése era el caso mencionado en el ejemplo de las hélices en las nubes de polvo interestelar, en la que la capacidad evolutiva -diferente en la forma, pero en el fondo equivalente en términos de los mecanismos básicos subyacentes, esto es, replicación imperfecta y selección natural- es uno de los aspectos fundamentales. Este tipo de definiciones resulta más satisfactoria, en tanto en cuanto intenta ir más a la esencia de qué es la vida, y no a los aspectos de su implementación (que pueden estar dictados por condiciones locales). No obstante, sigue existiendo un problema, en parte debido a nuestra percepción subjetiva de qué esta vivo y qué no (incluso hay quien distingue entre seres vivos y formas de vida, aunque esta distinción puede ser quizás sólo justificable a posteriori). De hecho, Cleland ha seguido el enfoque de buscar para cada definición de vida propuesta contraejemplos positivos o negativos. Algunos son meramente experimentos mentales, como por ejemplo imaginar unos microorganismos en los que no hubiera código genético, sino sólamente enzimas. Unos seres de este tipo se podrían reproducir por bipartición, y adaptarse a cambios ambientales mediante cambios en la “demografía” enzimática. Se podría seguir hablando de evolución, aunque sólo en un sentido mucho más general del que normalmente se emplea.

Quizás uno de las mejores analogías para ilustrar la posición de Cleland es la que ésta proporciona en relación a los alquimistas medievales, que entendían los compuestos químicos a través de sus propiedades. Por ejemplo, el agua se definía por su capacidad de disolver otras sustancias sólidas, lo que por un lado excluía al hielo, y por otra parte incluía a compuestos como el ácido nítrico (el aguafuerte) o la combinación de éste con ácido clorhídrico (el agua regia). Hoy sabemos que el agua es H2O, pero esto no es una definición, sino un hecho descubierto dentro de una teoría química. Eso es precisamente lo que Cleland reclama, una teoría de la vida, un marco científico que explique qué es lo relevante para la vida, qué formas puede tomar, y por qué es eso así. En otras palabras, una especie de meta-biología. El problema evidente es que sólo tenemos un ejemplo de vida, por lo que difícilmente se puede desarrollar una teoría que se generalice a formas de vida de las que no tenemos conocimiento.

Ante un problema tan evidente como el anterior, hay una solución igualmente obvia: encontrar otras formas de vida, ya sea surgidas de manera natural en otros cuerpos del Sistema Solar, o creada de manera artificial en la propia Tierra (por ejemplo, formas de vida independiente enteramente basadas en ARN). Puede parece que hay una circularidad en esta situación: para encontrar nuevas formas de vida y generalizar nuestra concepción de la misma hay que empezar por ser capaces de reconocerla, lo que de entrada puede requerir dicha generalización. Esto puede ser así, aunque también puede considerarse simplemente un caso de bootstrapping. Siempre pueden encontrarse criterios lo suficientemente genéricos para considerar como vivos a organismos enormemente diferentes a los que conocemos. La cuestión entonces no es que no se deba definir qué es la vida, sino encontrar una definición inicial que sea lo suficientemente relajada para que la vida tal como se presenta en la Tierra no sea la única posibilidad, y a la vez lo suficientemente estricta como para que el tipo de sistemas susceptibles de ser considerados vivos pueda ser reconocido de manera razonable. Al fin y al cabo, si se encuentran formas de vida diferente a la que conocemos vamos a estar ocupados mucho tiempo antes de tener que volver a preocuparnos por criterios todavía más genéricos.

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¿Extremófilos en Marte? Posible uso biológico de agua oxigenada como fluido intracelular

Posted by Carlos en agosto 25, 2007

En la discusión sobre las posibilidades para el desarrollo de la vida fuera de la Tierra que surgió a cuento de la paradoja de Fermi salió varias veces el caso de Marte y su inhóspito ambiente para la vida terrestre: atmósfera muy débil y sin oxígeno, temperaturas muy bajas, y bombardeo continuo de rayos ultravioleta sobre la superficie. No obstante, este ambiente no fue siempre: hay evidencia geológica de que en el pasado el clima marciano fue húmedo y más cálido, y que en la superficie del joven Marte se formaron desde lagos a océanos. Incluso en épocas más recientes se ha podido producir la presencia esporádica de agua superficial. No resulta descabellado pensar que durante esta acogedora época pasada pudiera haber surgido algún tipo de vida, y que ésta de algún modo haya podido irse adaptando a los cambios ambientales que se han producido en Marte.

¿Qué posibilidades hay para adaptarse a la vida en Marte? Como resumen Dirk Schulze-Makuch, de la Washington State University, y Joop M. Houtkooper, de la Justus-Liebig University of Giessen, en un trabajo titulado

publicado en las actas de la conferencia Lunar and Planetary Science XXXVIII (celebrada en marzo de este año), hay tres opciones:

  1. Adaptarse a la subsistencia al entorno sin nutrientes de debajo la superficie mediante la adopción de un estilo de vida psicrofílico.
  2. Adoptar un estilo de vida formado por ciclos de hibernación profunda cuando las condiciones son adversas y de proliferación profunda cuando esporádicamente se produce un episodio de agua superficial.
  3. Adaptarse a las condiciones marcianas a través de cambios bioquímicos.

Esta tercera posibilidad es en la que se centran los autores en el citado artículo, en el que discuten la hipótesis de la inclusión de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en los fluidos intracelulares de los organismos. Se trata de una hipótesis muy interesante, y que también estudian con más detalle en otro trabajo titulado

Viking Lander 1 sitepublicado en el International Journal of Astrobiology (preprint disponible aquí) Básicamente esta hipótesis intenta proponer una posible bioquímica adaptada al ambiente marciano, consistente con los resultados de los experimentos de la misión Viking (que aunque detectó cambios químicos en la superficie, parecían descartar vida de acuerdo con los patrones de la misma en la Tierra). La justificación de la hipótesis recae en las propiedades que una mezcla de H2O y H2O2 tendría, y cómo éstas se ajustarían a las necesidades de un hipotético organismo marciano. Para empezar, el punto de congelación se reduciría notablemente, pudiendo llegar a -56.5ºC en el caso de una mezcla con el 61.2% de H2O2. Esto permitiría permanecer activos a dichos organismos a las temperaturas usuales en Marte. Incluso si éstas bajan del punto de congelación, una mezcla con alto porcentaje de H2O2 puede sobreenfriarse y no formar cristales de hielo que rompan las membranas celulares u otras estructuras internas. Por otra parte, la mezcla sería altamente higroscópica, permitiendo al organismo capturar moléculas de agua presentes en forma de vapor en el ambiente. Precisamente por esta capacidad de capturar agua, un exceso de la misma -por ejemplo, durante los experimentos de la Viking en los que se vertió agua sobre suelo marciano- tendría efectos contraproducentes por hiperhidratación (un organismo de este tipo posiblemente encontraría letal la atmósfera terrestre, cálida y rica en vapor de agua).

Según muestran los autores, el agua oxigenada podría producirse bioquímicamente mediante un proceso de fotosíntesis:

CO2 + 3H2O + energía solar CH2O + 2H2O2

y ser luego empleada como fuente de energía mediante su descomposición de H2O y O2:

2H2O2 2H2O + O2

Esto es consistente con los resultados de la Viking que detectaron liberación de oxígeno en el suelo marciano. En un entorno de humedad limitada la hipótesis sería que dicho oxígeno tendría origen metabólico, y tras la humidificación provendría de la posible descomposición de estos hipotéticos organismos.

La verdad es que esta hipótesis resulta en su conjunto sorprendente en primera instancia, ya que si por algo es conocida el agua oxigenada es por su uso desinfectante y de eliminación de bacterias. Sin embargo, los autores apuntan una lista de organismos terrestres que emplean o sintetizan H2O2 de manera habitual (por ejemplo, el escarabajo bombardero emplea una solución al 25% de peróxido de hidrógeno como herramienta defensiva). No obstante, todos estos ejemplos palidecen ante ante el papel central que el H2O2 jugaría en estos hipotéticos organismos.

Quizás la Mars Phoenix pueda arrojar algo de luz sobre esta hipótesis. El punto de aterrizaje de la sonda está en una región con características idóneas para una bioquímica como la descrita. Según la estimación de los autores basada en los datos de la Viking, en un gramo de suelo marciano la biomasa teorizada sería de 1330 partes por millón. Una detección de calor proveniente de reacciones exotérmicas apuntaría entonces en la línea de la presencia de formas de vida microbiana.

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