La Singularidad Desnuda

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

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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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¿Hemidactylus turcicus o Tarentola mauritanica? He ahí la cuestión

Posted by Carlos en julio 27, 2007

Acabo de cruzarme con este simpático geco, que ha tenido la gentileza de permitirme que le tome una fotografía ya que su coloración me ha llamado la atención. Indagando sobre el ejemplar, estoy en duda sobre si se trata de una salamanquesa rosada (Hemidactylus turcicus) que suele presentarse en colores amarillos o blanquecinos, o de una salamanquesa común (Tarentola mauritanica) que más raramente puede tomar un color gris blanquecino (aunque lo normal es el gris pardo). ¿Algún biólogo con conocimiento sobre estos adorables reptiles puede arrojar algo de luz sobre este inquietante dilema?

White Gecko

Leaving the weeds

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Caos, no linealidad, y espontaneidad en el comportamiento de los insectos

Posted by Carlos en mayo 19, 2007

La aleatoriedad es sólo una medida de nuestra ignorancia sobre
las causas que provocan un determinado evento.

Pierre Simon Laplace (1749-1827), matemático francés

Hace unos días Pjorge recuperaba una reseña sobre un libro de John Searle en el se que abordaba el tema de la consciencia humana. A raíz de esta reseña, hubo un interesante mini-debate en el hilo de comentarios sobre si la consciencia humana era una propiedad
algorítmica o no, y elaborando sobre este tema, una de las consideraciones que surgió hacía referencia a la posibilidad de que organismos anteriores a los humanos en la cadena evolutiva tuvieran un comportamiento modelable algorítmicamente. Es algo que parece razonable (al menos me lo pareció en primera instancia), pero que puede que no sea tan trivial de asumir. Precisamente, a través de MarkCC he llegado a un artículo que analiza cuestiones muy relacionadas con las anteriores consideraciones. Se trata concretamente de un trabajo de Alexander Maye y colaboradores, titulado

que acaba de ser publicado hace un par de días en PLoS ONE (revista de acceso abierto). En este trabajo se estudia el comportamiento de la mosca de la fruta -uno de los sujetos favoritos de experimentación por parte de los biólogos- y se intenta modelar el mismo. La idea básica que podemos tener sobre estos insectos es que son seres fundamentalmente reactivos: su comportamiento se describiría mediante una asociación entre estímulos y acciones. Sin embargo, una ligera inspección revela que éste no es el caso, ya que no siempre se responde al mismo estímulo con la misma acción. La solución inmediata es suponer que hay algún efecto aleatorio, algún tipo de ruido blanco que afecta a la toma de deciciones, tal como se ilustra en la figura inferior.

Sistema reactivo
Source: A. Maye et al., PLoS ONE 2(5): e443, 2007

¿Es este modelo realista? Eso es lo que se ha pretendido analizar en este trabajo. Para ello se ha considerado un enfoque experimental en el que se aísla a las moscas de estímulos externos (una especie de tanque de privación sensorial), y se analiza su trayectoria de vuelo. De manera más precisa, se examina la distribución temporal de los cambios de dirección. Dado que los estímulos externos están controlados, esta distribución proporciona información muy valiosa sobre los mecanismos que controlan la toma de decisiones.

Los resultados del análisis son sumamente interesantes. En primer lugar, se descarta que el mecanismo subyacente en el cerebro de la mosca sea una función determinista afectada por ruido blanco: la desviación de la distribución de intervalos entre cambios de dirección con respecto a una simulación de una distribución de Poisson es significativa. La distribución real exhibe además algunas propiedades llamativas tales como una cola larga, una de las características distintivas de las leyes de potencias:

p(l) \sim l^{-\mu}

Concretamente, podría tratarse de una distribución de Lévy, que exhibe un régimen de ley de potencias en el extremo de la distribución. Este tipo de distribuciones suele surgir de la interacción entre varios subsistemas no-lineares. Lo más común es que se trate de procesos estocásticos sin memoria en los que cada valor de la secuencia temporal depende únicamente del anterior. Esta explicación sigue sin ser del todo satisfactoria sin embargo. Si se supone que las secuencias son el resultado de un sistema no-linear con dinámica caótica, y se calcula la dimensión fractal del atractor, se encuentran diferencias significativas entre los modelos puramente aleatorios, y los datos experimentales.

La conclusión de los autores es que en el cerebro de las moscas hay lo que denominan un iniciador, un proceso determinista altamente no-lineal y muy complejo. Dada la sensibilidad a las condiciones iniciales (característica básica de los sistemas caóticos), este iniciador sería el responsable del comportamiento aparentemente espontáneo de la mosca. Se tiene constancia por otra parte de que este tipo de comportamiento es evolutivamente favorable, tanto desde el punto de vista de la exploración en busca de alimento, como por la presión selectiva que introduce durante el proceso de apareamiento.

Iniciador
Source: A. Maye et al., PLoS ONE 2(5): e443, 2007

Es sorprendente la extraordinaria complejidad subyacente al comportamiento aparentemente simple de una mosca. En relación al debate anterior sobre mente y calculabilidad, esta complejidad no supone en principio que exista ningún proceso no computable. Sí es interesante considerar que el hecho de que exista este extraordinario nivel de complejidad en este tipo de organismos pone de alguna manera el listón muy alto para lo que podemos encontrarnos más arriba en la cadena evolutiva. Por otra parte, la presencia de este tipo de iniciadores con extrema sensibilidad a las condiciones iniciales puede conducir a pensar (o al menos a no descartar) que incluso pequeñas desviaciones debidas a fenómenos cuánticos afecten de manera significativa al comportamiento emergente del organismo.

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El precio de ser carnívoro

Posted by Carlos en enero 17, 2007

Una de las cosas que siempre me llamaba la atención en relación a los animales carnívoros era lo aparentemente selectivos que eran a la hora de cazar. Por ejemplo, no es raro ver cómo un gran depredador, por ejemplo una leona, descansa tranquilamente ignorando no sólo a los antílopes que están unas decenas de metros más alejados, sino incluso a un conejo que pudiera pasar cerca. Está claro, y nos lo cuentan a menudo en los documentales, que cazar tiene un coste energético, y que hay que aprovechar convenientemente las oportunidades de caza, sin despilfarrar fuerzas. Sin embargo, esta explicación resulta un tanto vaga a la hora de explicar por qué un cierto animal caza presas de un cierto tipo y no otras, o por qué algunos animales son más generosos a la hora de emplearse en la caza. Hay ciertamente algún tipo de compromiso energético subyacente, pero este compromiso depende de las características del depredador. Esto es precisamente lo que ha sido estudiado en un interesantísimo trabajo titulado:

realizado por Chris Carbone, Amber Teacher, y J. Marcus Rowcliffe, del Instituto de Zoología de la Sociedad Zoológica de Londres, y publicado en PLoS Biology (revista científica de acceso abierto). En este trabajo, los autores estudian la balanza energética de diferentes mamíferos carnívoros, y llegan a conclusiones sumamente interesantes, e incluso un tanto sorprendentes (aunque intuitivas a posteriori). En primer lugar, han modelado el gasto energético diario (DEE – daily energy expenditure) como la suma del coste de caza, y el coste del descanso. Si M es la masa del depredador, este último es proporcional a M0.75; en cuanto al coste de caza, se expresa como 10.7 M0.684 v + 6.03 M0.697, donde v es la velocidad que el animal es capaz de desarrollar (en ambos casos, estas expresiones provienen de modelos metabólicos). Usando el consumo energético diario (DEI – daily energy intake) como estimación del DEE (DEE=2/3·DEI), se puede observar cómo el modelo proporciona predicciones ajustadas y -lo más importante- muestra que hay un salto (lo podríamos llamar una transición de fase) al pasar de animales de menos de 14 kg a animales mayores.

Estimates of DEE against Carnivore Mass
Credit: Carbone et al., 2007

Este salto es muy interesante, pues indica que hay dos grupos claramente diferenciados en función de su balanza energética, los pequeños depredadores (por ejemplo, los linces), y los grandes depredadores (por ejemplo, los tigres). Más aún, si se trazan cotas inferiores y superiores (basadas en consideraciones metabólicas) al consumo energético diario, se observa que se predice un tamaño mínimo (en torno a los 100g) y un tamaño máximo (en torno a los 1,100 kg) para un mamífero depredador. Esto lo podemos ver también en términos de la ganancia energética neta (restando el gasto energético de la ganancia bruta obtenida por el consumo de presas). Ésta depende claramente del tipo de presa, por lo que hay una curva para los pequeños depredadores (que consumen invertebrados o pequeños vertebrados, mucho más pequeños que el propio depredador), y los grandes depredadores (que consumen presas iguales o mayores que el propio depredador). La curva que se obtiene es la siguiente:

Net Rate of Assimilated Energy Gain
Credit: Carbone et al., 2007

Como puede verse, la ganancia neta desciende abruptamente para los pequeños depredadores por encima de los 10 kg. Aunque sique siendo positiva hasta los 85 kg, a partir de los 14 kg es más favorable comer presas grandes. El límite superior en torno a los 1,100 kg para los grandes depredadores mamíferos es además consistente con el registro fósil. El mayor mamífero carnívoro conocido, el Megistotherium osteothlastes, era un gigantesco animal de 3m de largo, y de una tonelada aproximada de peso. Por supuesto los dinosaurios carnívoros eran mayores, pero su tasa metabólica era inferior, lo que les permitió ser más grandes.

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