lunes, 21 de noviembre de 2022

Cómo los mamíferos conquistamos el planeta

 Decir que somos mamíferos es una afirmación que no tiene controversia. Sin embargo, solemos pasar por alto todo lo que hemos adquirido a lo largo de nuestra evolución y que compartimos con muchas de las especies de este grupo. Ser mamíferos afecta a nuestro comportamiento y a nuestro día a día. 

Nuestra historia comienza hace más de 300 millones de años en la era Primaria. La Tierra era un lugar cálido y húmedo, con un solo continente (Pangea) cubierto de espesos bosques de helechos y musgos. Fue entonces cuando se produjo una división fundamental en los animales terrestres. Una rama daría lugar a los mamíferos. La otra, a los reptiles modernos, los dinosaurios y las aves. Estos dos linajes evolucionaron frente a frente, alternándose en el dominio de la Tierra. 

Durante este periodo inicial, los protomamíferos adquirieron dos características fundamentales, presentes en los mamíferos actuales: su “sangre caliente” y el pelo.

El término “sangre caliente” es inadecuado, ya que un lagarto puede alcanzar los 50 ⁰C si se tumba al sol. Lo correcto es hablar de homeotermia. Se trata de un sofisticado sistema de control metabólico que permite mantener la temperatura corporal constante, con independencia de que haga frío o calor. 

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Las razones de la aparición de este rasgo no están del todo claras, ya que conlleva un altísimo coste energético: un mamífero tiene que comer en un solo día lo mismo que un reptil de tamaño equivalente en un mes. Las razones de su éxito evolutivo parecen no estar relacionadas con la temperatura en sí, sino con la capacidad de realizar ejercicio físico sostenido en el tiempo. Los reptiles pueden moverse rápido, pero durante un tiempo corto. Después necesitan un largo plazo de recuperación. 

Es necesario un metabolismo elevado para mantener la carrera durante horas como hacen los lobos cuando cazan.

El pelo constituye un material de aislamiento térmico formidable. Los científicos creen que apareció durante la era Primaria, aunque es muy posible que su función inicial estuviera relacionada con la percepción y no con el aislamiento. 

Se han encontrado fósiles que tienen una hendidura craneal para alojar el nervio trigémino, lo que indica que debía haber pelos sensitivos alrededor del hocico, como tienen los gatos actuales. Una vez aparecida la maquinaria bioquímica para fabricar pelos sensores, estos debieron generalizarse a todo el cuerpo con la función nueva de aislamiento térmico.

Supervivientes de la extinción del Pérmico

La era Primaria terminó con uno de los desastres naturales más importantes ocurridos en la historia de la Tierra: la extinción del Pérmico. Se calcula que el 70 % de las especies de vertebrados terrestres desaparecieron en poco tiempo. 

El culpable de esta catástrofe fue un periodo de actividad volcánica que provocó un calentamiento global al expulsar a la atmósfera millones de toneladas de CO₂. 

La era Secundaria que vino después vio cómo los protomamíferos perdían influencia ante un nuevo grupo de animales: los dinosaurios. A pesar de haber perdido su preminencia, los protomamíferos adquirieron nuevas a importantes características a lo largo de esta era. La más importante fueron los dientes.

En general, los dientes de los reptiles son todos iguales. Los mamíferos, en cambio, exhiben una tremenda especialización: desde incisivos a caninos, cada tipo sirve para fines diferentes y son muchísimo más eficaces para procesar la comida. 

El punto culminante fue el desarrollo del molar, dotado de una estructura de crestas y valles que permiten masticar con tremenda eficacia. Además, la dentadura superior e inferior de la mayoría de los mamíferos permite un acoplamiento perfecto, lo que significa una gran capacidad de morder, rasgar y triturar. La contrapartida es que los mamíferos tenemos dos juegos de dientes para toda la vida, los de leche y los de adulto. En cambio, si un reptil pierde un diente, simplemente le crece otro. 

La capacidad de producir leche para alimentar a las crías es la característica que nos da nombre a los mamíferos y surgió en la era Secundaria. Los expertos se inclinan a pensar que la leche deriva de fluidos ricos en sustancias antimicrobianas, cuya función era defender a las crías de infecciones, más que alimentarlas. 

Este rasgo debió resultar muy ventajoso, ya que evolucionó hacia el desarrollo de la glándula mamaria y la producción de una sustancia rica en alimento. La lactancia permite aislar temporalmente a las crías de las incertidumbres del medio. Por ejemplo, si de repente los insectos escasean, los polluelos de las aves tienen un problema serio. La contrapartida es que impone a la madre un considerable estrés metabólico, al verse a obligada a encargarse a la vez de sus propias necesidades energéticas con la enorme demanda que implica la producción de leche. 

Hace unos 200 millones de años aparecieron los primeros animales que la ciencia reconoce como mamíferos: eran homeotermos, tenían pelo, dientes especializados y producían leche.

La placenta, el último invento de los mamíferos

El otro gran invento de los mamíferos fue la placenta. Se produjo algo después, hacia el final de la era Secundaria, y no todas las especies actuales poseen este rasgo. Los marsupiales tienen tan solo una placenta básica, de ahí que las crías de canguro y zarigüeya tengan que desarrollarse en gran medida después del parto. 

Los monotremas, un grupo muy antiguo de mamíferos del que solo quedan dos especies (ornitorrinco y equidna) todavía ponen huevos.

La era Secundaria tuvo un final abrupto el día en que un meteorito impactó en los que hoy es el golfo de México. Los supervivientes sufrieron terremotos y huracanes nunca vistos. Las plantas murieron por falta de luz y los ecosistemas cayeron como un castillo de naipes. 

Se estima que más del 50 % de las especies se extinguió, entre ellas todos los dinosaurios que habían dominado el planeta durante casi 200 millones de años. Cuando los ecosistemas pudieron recobrarse, los mamíferos se encontraron con que sus principales competidores ya no estaban. 

Con todos los logros que habían acumulado en su largo recorrido, se diversificaron y ocuparon todos los nichos ecológicos. Sin competencia, los mamíferos se diversificaron rápidamente en los principales grupos que conocemos hoy: primates, roedores, carnívoros. Esto dio lugar a criaturas tan diferentes como la ballena azul y el murciélago en un tiempo récord. 

Así pues, descendemos de una línea muy antigua que ha sufrido altibajos y ha sobrevivido a dos extinciones globales. 

Podemos sentirnos orgullosos de ser mamíferos.

la Mente...


 

domingo, 13 de noviembre de 2022

miércoles, 9 de noviembre de 2022

Ineligencia...


 

Despertar volcánico

 Tras más de siete meses de calma volcánica, este pasado verano la península de Reykjanes, en el oeste de Islandia, volvió a estallar en llamas. Después de que una serie de terremotos sacudiera la zona a finales de julio y principios de agosto, el volcán Fagradalsfjall escupió un torrente de lava en el valle de Meradalir (cerca de la lava expulsada por el mismo volcán en 2021, que apenas se había enfriado), ofreciendo a los turistas e investigadores el vibrante resplandor rojo anaranjado de la roca fundida a solo treinta kilómetros de Reikiavik.


Estas impresionantes exhibiciones volcánicas no son raras en Islandia, una de las masas continentales más jóvenes del mundo en términos geológicos. El país entero es el producto de millones de años de erupciones y se halla situado en un punto que favorece la actividad volcánica actual; los científicos advierten que la reciente sucesión de erupciones podría señalar el despertar de un potente sistema volcánico después de un letargo de 800 años.

La erupción de este verano brindó una valiosa oportunidad para recabar datos sobre el desarrollo del sistema y el movimiento subterráneo del magma. Las mediciones efectuadas en este escenario tan accesible ayudarán a predecir mejor el inicio y la causa de las erupciones volcánicas, afirma la geofísica Sigrun Hreinsdóttir: «En Islandia no abunda la vegetación [que obstaculice la vista], por lo que estamos obteniendo una profusión de imágenes vía satélite que nos ayudan a entender lo que ocurre realmente. El panorama completo resulta bastante sorprendente para uno de estos eventos».

Islandia se asienta a caballo entre dos placas tectónicas, enormes fragmentos de la corteza terrestre que encajan como las piezas de un rompecabezas para formar la cubierta rocosa exterior de nuestro planeta. Las placas norteamericana y euroasiática se separan a un ritmo de entre dos y cinco centímetros al año, lo cual abre gradualmente, como si fuera una cremallera, el fondo del océano Atlántico para crear una cadena de volcanes submarinos conocida como dorsal mediooceánica. Conforme las placas se separan, emergen nuevos materiales del manto terrestre: una capa de roca caliente y viscosa comprendida entre la corteza y el núcleo metálico del planeta.

Este material se funde parcialmente al ascender, suministrando magma a los volcanes de Islandia. Sin embargo, no constituye la única fuente de roca fundida de la región. Islandia, al igual que Hawái, se asienta sobre un «punto caliente», una columna de roca caliente que se eleva a través del manto, impulsada por su propia flotabilidad. Ello añade más combustible a los estallidos volcánicos de Islandia.

En la isla, esta combinación de fuentes de magma se manifiesta en diversos tipos de volcanes. El cono imponente del Hekla, en el sur, se halla más cerca del punto caliente del manto, mientras que las cadenas de pequeños cráteres y fisuras que están formándose ahora en el sistema volcánico de Reykjanes coinciden con el límite de la placa tectónica, que se extiende desde la costa tierra adentro.

«Las erupciones volcánicas que tienen lugar en esta región [Reykjanes] no se originan en la típica montaña en forma de cono, sino más bien a través de aberturas en la corteza», explica Sara Barsotti, coordinadora de riesgos volcánicos de la Oficina Meteorológica de Islandia (OMI).

Estas aberturas se producen porque la región se encuentra situada a lo largo de un pliegue de la dorsal oceánica; las grietas se forman como resultado de que las dos placas se desplazan en un ángulo extraño. Algunas de ellas se llenan de magma, el cual puede llegar a entrar en erupción; otras propician que los trozos de corteza se deslicen unos sobre otros y dan lugar a terremotos. El magma que se mueve a través de la corteza también puede causar actividad sísmica cuando las grietas se forman o se ensanchan para alojar la roca fundida.

Mientras la dorsal mediooceánica se expande a lo largo de los milenios, Reykjanes atraviesa períodos de calma que suelen durar entre 800 y 1000 años, seguidos de dos o tres siglos de erupciones espectaculares, etapa que los científicos sospechan que está iniciándose ahora. En la década de 1990, Hreinsdóttir (ahora en la empresa neozelandesa de consultoría e investigación geocientífica GNS Science, Te Pū Ao) instaló una red de estaciones de GPS en toda la península para monitorizar las lentas transformaciones del terreno, que ocurrían acompañadas de pequeños terremotos. En aquel momento no había erupciones activas. Sin embargo, en retrospectiva, estas mediciones quizá captaran «la primera señal de que Reykjanes estaba a punto de cobrar vida», según Hreinsdóttir.

Ahora parece claro que la península está despertando. Desde finales de la década de 2000, el magma que se acumula bajo la superficie ha provocado que toda la región se infle y desinfle periódicamente, abultándose para adaptarse a los movimientos de la roca fundida en el subsuelo. Barsotti y sus colegas de la OMI rastrean la ubicación de estos abultamientos, información que combinan con los datos procedentes de sensores sísmicos, GPS e imágenes vía satélite para tratar de predecir qué partes de Reykjanes pueden sufrir futuras erupciones. Justo antes de que se abrieran las primeras fisuras en 2021, la última señal de alarma la dio una serie de intensos terremotos que sacudieron el oeste de Islandia.

Hreinsdóttir había anhelado presenciar una erupción desde que emprendió el trabajo de campo en la península hace unos treinta años, pero solo pudo ver su sueño hacerse realidad desde la distancia en 2021, cuando la pandemia de COVID la obligó a permanecer en su casa de Nueva Zelanda. El pasado mes de agosto acudió en peregrinación para tocar con sus propias manos la lava enfriada del año pasado, y un terremoto de magnitud 4,5 los zarandeó a ella y a su hijo de seis años.

El temblor, ocurrido el 2 de agosto, constituyó un aviso de la erupción que se produciría al día siguiente, la cual resultó ser aún mayor y más espectacular que la que ella se había perdido, aunque de menor duración. «Tuve una sensación muy agradable», comenta. «Era como si el Fagradalsfjall estuviera diciéndome “¡Hola!”.»

El día de la erupción, Hreinsdóttir se dirigió a Meradalir junto con sus colegas de la Universidad de Islandia, donde trabajaba antes, y unos 1800 visitantes más. Todos contemplaron el resplandor naranja fluorescente de la lava que manaba de entre las rocas de la zona que ella había estudiado.

La región permaneció activa durante semanas y Hreinsdóttir confía en obtener nuevos datos sobre la geoquímica y la velocidad de ascenso del magma, así como sobre el efecto de la erupción en los sistemas volcánicos vecinos. Ahora que Reykjanes parece haber despertado de su letargo de ocho siglos, es posible que las erupciones ocurran cada pocos años, lo que proporcionará más indicios sobre el funcionamiento interno del sistema.

«Ojalá lograra vivir doscientos o trescientos años para poder observarlo durante un tiempo», bromea Hreinsdóttir.


¿Qué convierte en caníbal a un animal?

 

Las hembras de mantis religiosa devoran a sus parejas. [LWA/Getty Images]

Desde las amebas que se fagocitan unas a otras hasta los osos polares que devoran oseznos, el canibalismo está extendido por todo el reino animal, aunque sea una práctica no exenta de riesgos. Los animales pertenecientes a la misma especie suelen poseer defensas parecidas y el contagio de enfermedades es fácil y, por si eso fuera poco, devorar a tu prole va en detrimento de tu éxito genético. Así que, ¿qué empuja a algunos a traspasar ese límite? 

«Casi todos los depredadores optan por el canibalismo cuando las condiciones devienen funestas», asegura Jay Rosenheim, entomólogo de la Universidad de California en Davis. Hasta algunos herbívoros famélicos acaban entregándose a él, añade. Después de ver en algodonales de California a chinches insectívoras del género Geocoris comenzar a engullir sus propios huevos pese a la multitud de presas a su alcance, Rosenheim decidió investigar qué impulsa a los animales a convertirse en caníbales. 

«La densidad demográfica suele ser el desencadenante», señala. En un estudio publicado en Ecology, su equipo condensó más de tres decenios de investigaciones en un modelo matemático que vincula la densidad con el canibalismo. 

«Parece absurdo, pero en muchísimos modelos no se había tenido en cuenta la dependencia de la densidad», afirma Chloe Fouilloux, investigadora en la Universidad de Jyväskylä en Finlandia y estudiosa de las ranas caníbales, ajena al estudio. Aunque otros modelos contemplan la densidad como un elemento secundario, este se centra principalmente en las variables vinculadas con la densidad, como la frecuencia con que un animal se encuentra con otro y la probabilidad de que esos encuentros acaben en agresión. 

Los autores también clasificaron los distintos modos en que la densidad demográfica deriva en canibalismo. No es de extrañar que la escasez de recursos sea un factor esencial: «El hambre probablemente sea lo más cercano a un detonante universal», señala Rosenheim. El estudio pone de relieve las investigaciones que indican que el hambre activa ciertas neurohormonas que fomentan la agresividad y, posiblemente, el comportamiento caníbal. 

«Me entusiasmaba saber que en los últimos trabajos se están contemplando los mecanismos [fisiológicos] que sustentan el canibalismo», aclara Fouilloux. 

La propagación de enfermedades, impulsada por la densificación de las poblaciones, también contribuiría a los hábitos caníbales. A un animal enfermo le puede atenazar el hambre lo suficiente como para comerse su piel. O uno sano puede devorar a sus vecinos enfermos aprovechándose de su debilidad. 

«Las interrelaciones entre la densidad, la enfermedad y el canibalismo son muy, pero que muy complicadas», advierte Rosenheim, y añade que este campo de investigación está en un momento propicio para los descubrimientos. 

En algunas especies, la llegada de un gran número de congéneres puede desatar el canibalismo aunque abunde el alimento. Así sucede con las chinches hembras de Geocoris: en condiciones de superpoblación, comienzan a comportarse como si su puesta pudiera ser la de otra hembra. Al basar su modelo en condiciones biológicas reales, como la escasez de alimento, el riesgo de enfermedades y las posibilidades crecientes de un encuentro, los autores han demostrado que la densidad es «ese factor regulador sorprendente que ayuda a explicar y a contextualizar el papel del canibalismo en la estabilización de la dinámica poblacional», concluye Fouilloux.

Microcápsulas a base de seda

 

Gusanos de seda y capullos. [Salaithip Chaimongkol/EyeEm/Getty Images]

Han transcurrido milenios desde que los humanos descubrieron la seda y empezaron a recolectarla de los capullos de los gusanos de seda, pero los científicos continúan buscando nuevas aplicaciones para este extraordinario material. Ahora las investigaciones apuntan a que podría ayudar a abordar un problema ambiental y sanitario cada vez mayor: los microplásticos, que se han hallado en todas partes, desde las cimas de las montañas hasta los fondos marinos y el torrente sanguíneo humano.

La mayoría de los microplásticos proceden de la degradación de objetos de mayor tamaño. Pero una pequeña parte de estas partículas contaminantes se añaden deliberadamente a ciertos productos, según un informe de la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas. Entre ellas se incluyen microcápsulas que protegen y liberan de forma gradual los principios activos de productos como cosméticos y aerosoles agrícolas.

Según un artículo publicado en Small, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la empresa química BASF han desarrollado una alternativa biodegradable a estas cápsulas, basada en la seda. Este tipo de estudios se necesitan con urgencia, pues las compañías se enfrentan a normas cada vez más estrictas sobre el uso de microplásticos.

Hallar materiales sustitutivos es «la única forma de controlar» la contaminación por microplásticos, aparte de reducir los residuos plásticos generados por una mala gestión, comenta Denise Mitrano, química ambiental de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, ajena al estudio.

La seda no es tóxica, resiste el procesamiento y puede obtenerse a partir de las fibras de baja calidad desechadas por la industria textil, explica Benedetto Marelli, ingeniero del MIT y coautor del estudio. Ya se han propuesto otros compuestos naturales para sustituir los microplásticos añadidos, pero «no cumplen todos los requisitos, como sí ocurre con la seda», señala Marelli.

Los investigadores adaptaron instalaciones de producción existentes para crear microcápsulas a base de la proteína de la seda fibroína; estas contenían formas sólidas concentradas de un herbicida y un componente habitual de los productos dermatológicos, la vitamina C. El coautor del estudio Muchun Liu, también del MIT, sumergió las microcápsulas en etanol durante distintos períodos de tiempo para controlar la forma en que las largas cadenas de proteínas de la seda se pliegan y se adhieren entre sí. Las microcápsulas quedan así «ajustadas» para que se disuelvan y liberen los principios activos a la velocidad deseada.

Para competir comercialmente, las microcápsulas de seda deben «presentar la misma eficacia, si no mayor, que las no biodegradables», explica Marelli. Algunos herbicidas se liberan con lentitud para eliminar las malas hierbas sin perjudicar los cultivos alimentarios. Cuando se probaron las microcápsulas a base de seda en plantas de maíz, se observó que causaban menos daños que los productos comerciales existentes.

Sustituir las microcápsulas no biodegradables por las de seda podría no ser siempre la solución, pero parece una opción prometedora en comparación con otras investigadas por BASF, afirma el coautor Pierre-Eric Millard, científico de la compañía. Los productos con microcápsulas a base de seda podrían estar disponibles en pocos años si BASF los implanta, añade.

Los investigadores intentarán pronto encapsular principios activos que requieran procesos de fabricación diferentes, como los que deben permanecer en estado líquido o gaseoso.