Formas de vida

No hay muchas opciones ante un ambiente hostil, o resistes más o menos airoso o te escondes discretamente. Una adaptación frecuente a lugares fríos y ventosos es acurrucarse para reducir la superficie expuesta. Esta planta, cuyo nombre desconozco, adopta la forma de almohadilla y florece con discreción, apenas asomando unos centímetros los tallos florales. El resto es duro como una piedra lo que le ha permitido mantenerse muchos años en una pequeña isla en medio del Canal Beagle.

Canal Beagle, Tierra del Fuego, Argentina
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¿Es un pájaro? ¿Es un avión?

¿Qué es eso de las especies? Parte 1: los organismos “fáciles”

A ver: va con mallas azules, vuela con una capa roja y se peina con raya. Está claro: es Supermán. Acabamos de hacer una clasificación. Clasificar un individuo consiste en asignarle a una clase, que debe estar definida por un conjunto de características diagnósticas. Dentro de la clase todos los individuos serán esencialmente iguales, es decir, cumplirán esas características.
Por ejemplo, vemos un piolín por el campo y observamos que mide un par de palmos, que tiene pinta de urraca con la mitad de la cabeza negra y la cola y alas azules. Pues con eso se acabó el problema: es un rabilargo (Cyanopica cyanus). Asumimos que la clase “rabilargo” define individuos que, sin excepciones, poseen las características mencionadas y que ese conjunto de características no se repite en otras clases.
En el problema que nos ocupa, las clases serán las especies (en biología hay una categoría taxonómica que se llama Clase, pero no me refiero a eso). Como he comentado, cada especie debe definirse mediante unas características que permitirán separarla de las demás. Pero antes de eso debemos definir qué es una especie, o dicho de otra forma, que significado tiene la clase “especie”.
La definición clásica (BSD, Biological Species Definition) es la propuesta por Ernst Mayr en el libro Systematics and the Origin of Species publicado en 1942:

“groups of actually or potentially interbreeding natural populations, which are reproductively isolated from other such groups”.

Interpretado libérrimamente, un individuo pertenece a una especie si puede reproducirse con los demás individuos de esa especie generando a su vez descendientes que pueden seguir el proceso por ser también fértiles. Y podremos decir que una especie se diferencia de otra especie si los organismos de cada una no pueden fecundarse o, al menos, si los descendientes son estériles.
La definición se apoya en la diferenciación genética: dos individuos que comparten esencialmente el mismo genotipo pertenecen a la misma especie; la similitud genotípica se refleja en la capacidad de fecundación y de tener descendencia. La distancia genotípica hace que la fecundación sea imposible por causas diversas: etológicas o propiamente genéticas (por ejemplo, por tener diferente número de cromosomas).
El ejemplo que comentábamos en las entradas anteriores del perro y del lobo estaría claro: son una misma especie a pesar de que existen diferencias externas ya que la distancia genética entre ambos no es aún suficiente como para evitar la fertilización y los descendientes fértiles. En cambio, los humanos y los chimpancés no somos la misma especie a pesar de que nuestros genotipos son bastante similares: nosotros tenemos 46 cromosomas y nuestros primos 48.
Tenemos por tanto una herramienta para separar especies que, además, tiene sentido evolutivo. Abajo vemos un gráfico que reflejaría el proceso estándar.

Comenzamos con una especie, A, formada por un conjunto de poblaciones (grupos de individuos conectados genéticamente de forma real, no sólo potencial, por vivir en la misma área). En cierto momento, una o más de esas poblaciones se separa genéticamente del grupo principal (normalmente por separación física). La ausencia de intercambio genético hace que esos dos grupos evolucionen independientemente a partir de entonces. La línea horizontal representa el punto de no retorno, cuando esa divergencia evolutiva ya es tan grande que las dos ramas no son interfértiles: ha surgido la especie B.

De este esquema deducimos un par de cosas interesantes.
La primera es que las especies son entidades no permanentes. El catálogo de especies en la Tierra varía según donde pongamos la línea horizontal de la figura. Esa línea representa un corte en un continuo árbol filogenético cuyas ramas varían con el tiempo, algunas surgen, otras desaparecen, incluso la especie A deberá llamarse de forma distinta dentro de un tiempo porque habrá variado sustancialmente respecto a sus ancestros.
La segunda es que la prueba de interfertilidad no puede hacerse en la práctica. La definición de Mayr es más una construcción lógica razonable que una herramienta de diagnóstico. Y como veremos en otra entrada, hay muchos organismos que se resisten a someterse a ella porque la BSD sólo es aplicable a organismos con reproducción sexual y en este mundo hay cosas mucho más raras.

Para facilitarnos la vida, la solución ha sido asumir que las diferencias genotípicas van a tener un reflejo en los caracteres observables del bicho o planta con lo que bastaría con dar unos buenos criterios morfológicos para resolver el problema (eso hemos hecho con Supermán y con el rabilargo). En la realidad, casi siempre se trabaja así con animales y vegetales “superiores”: la morfoespecie se asimila a la especie biológica. En paleontología no cabe otra opción.
El uso de caracteres morfológicos funciona razonablemente bien en muchos casos como, por ejemplo, en vertebrados. Aún así, hay casos que pueden llevar a confusión, como especies polimorfas, diformismo sexual… Pero funciona sólo regular en muchos grupos y no funciona en absoluto en otros que comentaremos en otro momento.

Por tanto, el concepto de especie es ante todo utilitario y adaptado a la escala temporal humana, donde la evolución apenas es perceptible. La definición básica es razonable pero no deberíamos tomarnos al pie de la letra que sea aplicable a todos los organismos porque, de hecho, no lo es. Su mayor problema es que la aplicación de la BSD de Mayr necesita criterios que son mecanismos potenciales o aluden a relaciones no comprobables por lo que, aunque aclara el concepto, lleva el problema práctico a un punto muerto del que sólo puede salirse con soluciones de compromiso donde se sacrifica la coherencia en aras de la utilidad.

Nota: este tema entra plenamente en mi campo de incompetencia, agravado por la necesaria brevedad del post. Hay libros enteros sobre el asunto de la especiación, resumir lo esencial de la cuestión en dos folios es un atrevimiento que espero disculpen y corrijan en los comentarios.

Cuando la evolución es un mal rollo

De la gripe española a la XDR TB o la curiosidad mató al gato

Que la evolución no es una hipótesis por demostrar lo sabemos casi todos. Los que no se lo creen deberían asomarse a campos de batalla evolutivos donde el proceso se desarrolla como en una película acelerada, donde los milenios se convierten en minutos.
En uno de esos campos compiten dos tipos de evolución muy diferentes: la biológica y la científica. La primera está representada por unos cientos de especies de bacterias patógenas que insisten de sobrevivir aunque eso suponga un problema serio para sus hospedadores. La otra se empeña en impedir que alguna de las bacterias nos lleve a unos cuantos por delante en una pandemia galopante.
Lógicamente, bacterias y virus van siempre en vanguardia. Ganamos escaramuzas, a veces importantes, pero no la guerra. El motivo es que la vida es persistente y se empeña en seguir viva: échense todos los antibióticos conocidos encima de unas colonias de bacterias surtidas y, más temprano que tarde, tendremos una cepa resistente, Y es que no hay como la presión ambiental para estimular la selección natural (bueno, esto no es estrictamente cierto aunque el efecto lo parezca). Este escenario se produce diariamente, en un experimento mil veces repetido, en los hospitales.

La batalla de los antibióticos empezó, como todos sabemos, con Fleming y la penicilina. Posteriormente se encontraron otras familias nuevas hasta llegar a varios cientos de productos, algo necesario no sólo para controlar más enfermedades sino para seguir manteniendo a raya nuevas variantes resistentes a los anteriores productos.
Lo malo de las bacterias es que tienen sistemas de intercambio de material genético absolutamente promiscuos lo que facilita una rápida adaptación a nuevos escenarios. Como esto es conocido, el continuo surgir de variantes de bacterias resistentes a los viejos antibióticos es una de las mayores preocupaciones que tiene la gente sensata.
A este respecto les comento dos noticias. Una no sé si es buena o mala y se relaciona con un virus; la otra es malísima y tiene que ver con una bacteria.

La primera es la reciente recreación en laboratorio del virus de la “gripe española”, que en dos años (1918-1919) mató entre 20 y 50 millones de personas en el mundo. El código genético ha sido reconstruido recientemente en un laboratorio y el virus recreado para llevar a cabo una investigación sobre las características de la enfermedad (Tumpey et al., Science, 310: 77, 2005). Parte de las secuencias clave del código genético fueron publicadas (Taubenberger et al., Nature, 437:889, 2005).
Este trabajo levantó una fuerte polémica en dos sentidos: la posibilidad del “doble uso” de la información por terroristas y la relacionada con el obvio riesgo biológico que conlleva el experimento y el posterior almacenamiento de la cepa de virus. En una de esas reacciones usaron la frase “the curiosity that died the cat” que no sabía existía en inglés pero que sigue siendo muy expresiva.
El virus se manejó con un protocolo llamado BSL-3 (Biosafety Level, ver foto abajo). BSL define un conjunto de prácticas y material de protección destinados a reducir el riesgo de daño por agentes infecciosos. El máximo nivel es 4.

“Manéjese con cuidado", BSL-4

La pésima noticia surgió hace unas semanas en Sudáfrica, donde ha aparecido una tuberculosis de la que se dice literalmente “The new strain, called extreme drug-resistant tuberculosis (XDR TB), is virtually untreatable”. La tuberculosis es producida por una bacteria, Mycobacterium tuberculosis, y ya durante la década de los 90 aparecieron cepas multirresistentes (MDR) que obligan a usar medicamentos menos efectivos, mucho más caros y más tóxicos para el paciente llamados SLD (second-line drugs). Los casos de XDR TB son inmunes también a los SLD. El informe “Emergence of XDR-TB” de la OMS señala su presencia en todo el mundo aunque el caso sudafricano es más alarmante por la enorme mortalidad.

Estas noticias son poco tratadas en los medios de comunicación, tal vez porque no alimentan las paranoias de moda del primer mundo, pero son una amenaza auténtica que debería impulsar dos cosas:

• Una mayor inversión en investigación.
• Una mayor prudencia a la hora de prescribir antibióticos innecesarios.

Lo primero es caro pero lo segundo, un uso responsable de la medicina, es muy barato, sólo hace falta formación y voluntad. ¿Qué también hace falta un acicate? Echen un vistazo al gráfico siguiente, publicado en The Wall Street Journal...

Y en esto llegó Linneo

Carl Linné, Carolus Linnaeus, Carlitos Linneo, son expresiones binomiales, es decir, están formadas por dos términos que juntos identifican a un sujeto. Han visto ustedes que en las entradas anteriores he escrito sobre especies animales y vegetales usando nombres como Vanessa atalanta, Podranea ricasoliana, Claviceps purpurea, Homo neanderthalensis, Thermus aquaticus, etc. Fíjense en que el primer término está escrito con mayúscula inicial, que el segundo no, que siempre son dos términos y que ambos están escritos en letra cursiva.
Los que no estén en esta historia de la biología o paleontología, pensarán que es una forma de complicar las cosas o tal vez de darles seriedad acudiendo al latín para hacerse deliberadamente oscuro. Pero esta vez, sin que sirva de precedente, se equivocan.

El problema básico no existiría si nadie saliera de su pueblo. Pero si lo hace empiezan las confusiones. Uno va a Argentina, pide “bifé de chorizo” y le sueltan un filete de lomo de medio palmo de grueso (ahí conocí el cielo según Kijas). Un argentino viene a España, pide chorizo y recibe un embutido. Bueno, pues con bichos y plantas pasa lo mismo.

Los estudiosos fueron conscientes del problema y ensayaron soluciones diversas, algunas chocantes para nuestra forma de ver las cosas hoy, pero ninguna llegó a imponerse con claridad. A principios del siglo XVIII se había avanzado pero el panorama era complicado y no muy prometedor: los botánicos daban nombre a las especies mediante frases que enumeraban características diagnósticas. Como además eran gente muy seria, las descripciones estaban en latín; un ejemplo estupendo para un musgo: Hypnum palustre erectum trichodes, ramulis crebris, luteo & rufo-virentibus glabris.
Podrán suponer que la cosa se ponía intratable con cierta facilidad añadiendo el problema, además, de que los nombres podían ser cambiados parcialmente porque no había ningún “registro” que recogiese denominaciones unificadas.

Aquí entró Linneo con la aspiradora y una idea simple: las especies se definirían con dos nombres que, además, tendrían valor jerárquico. El primero sería el género y el segundo la especie . La migración no debió ser especialmente traumática y fue aceptada más pronto que tarde en toda Europa:

A.C. (antes de Carolus): Eupatorium cannabinum, foliis in caule ad genicula ternis, floribus parvis, umbellatim in summis caulibus dispositis, Marilandicum.
D.C. (después de Carolus): Eupatorium purpureum.

¿Un avance, no? El nombre genérico es una especie de apellido, que puede englobar a varias especies siempre que estén suficientemente emparentadas. Canis es un género de animales como el lobo, el coyote o el chacal común cuyos nombres específicos son, respectivamente, lupus, latrans y mesomelas.

Actualmente todas las especies animales y vegetales se denominan con este esquema, que ha sido estrictamente regulado para que funcione, porque problemas no faltan. Uno de ellos es la cantidad: un millón de especies vegetales más uno y medio de animales más un número mal desconocido pero enorme de otros grupos menos populares…
Las normas son prolijas. En el caso de la Botánica, están recogidas en el International Code of Botanical Nomenclature (ICBN) cuyo articulado respecto a la corrección de las denominaciones merece la pena ser ojeado si tienen insomnio. La zoología también tiene su correspondiente ICZN. Curiosamente ninguno de ellos define explícitamente qué es una especie.

En resumen, Linneo no propuso la primera clasificación científica, ni la primera forma de poner nombres pero su tuvo éxito por dos razones: su simplicidad y el enorme trabajo que hubo detrás. Su obra más conocida es Systema naturae que en sus últimas ediciones formaba tres tomos dedicados a los “tres reinos”: Regnum animale, Regnum vegetabile y Regnum lapideum. Esta obra, junto con muchos otros clásicos, puede descargarse completa en formato PDF en un sitio realmente sorprendente por su contenido y que se llama Gallica.
Valga esta entrada como conmemoración de don Carolus aprovechando que este año celebramos el bicentésimo nonagésimo noveno aniversario de su nacimiento.

Una página que cambió la biología

Acabo de leer el libro de James Dewey Watson "La doble hélice". Es uno de esos clásicos que todo biólogo aborda con un poco de reverencia. A fin de cuentas es un libro escrito por una figura importante, galardonada con un tercio de premio Nobel 1962 junto con Francis Harry Compton Crick y Maurice Hugh Frederick Wilkins. Todos ellos y alguna más contribuyeron a un avance decisivo de la biología. A pesar del tema, apasionante, el libro no me ha gustado demasiado. Por un lado, la contraportada del libro dice algo así como que es una exposición de la investigación vista desde dentro y tal… Bueno, pues no. La peripecia que nos cuenta don Jaime D. Watson tiene mucho más de crónica social que de investigadora, de hecho apenas se puede entrever el flujo de pensamientos o el razonamiento que llevó a la propuesta final. Eso no quita mérito al trabajo, obviamente, pero no lo hace representativo de la investigación en general ni contribuye demasiado a su comprensión.
Un par de detalles más a comentar, aunque son sólo opiniones personales: el primero es que el subtítulo está algo desenfocado: "el descubrimiento de la estructura del ADN". El trabajo fue más de comprensión que de descubrimiento porque disponían prácticamente de todas las piezas. La estructura helicoidal básica ya había sido propuesta (entre otros por Linus Pauling, una figura monumental en la época), se sabía también que el ADN estaba formado por un grupo fosfato, por un azúcar, por los nucleótidos adenina, timina, citosina y guanina, existían imágenes de difracción de rayos X de buena calidad... (por esto último, un tercio del premio se lo llevó Wilkins). Lo que pasaba es que nadie había sido capaz de unirlo todo en una estructura molecular coherente donde los átomos encajaran en su sitio y se dispusieran a las distancias compatibles con sus propiedades. Fue, literalmente, un mecano para el cual se llegaron a construir modelos de las moléculas para luego “jugar” a unirlos en múltiples configuraciones, a ver si había fortuna.
Por decir cosas positivas, lo más curioso de la historia fue cómo se publicó la conjetura: una sola página en la revista Nature en 1953, una página que revolucionó la biología (también aquí). No fue una revolución que cambiara paradigmas o pusiera todo patas arriba sino una aportación fundamental que supuso un enorme paso adelante en la bioquímica y la genética. Por cierto, aquí tienen una traducción (al gallego).


Aparte de los protas, la estructura del ADN es un ejemplo de elegancia absoluta, de auténtico diseño inteligente: sería difícil pensar en una alternativa que, con la máxima simplicidad, estuviera tan adaptada a cumplir con eficacia sus funciones. Una cremallera helicoidal de dos largas cadenas de nucleótidos que, al estar unidas por enlaces débiles (puentes de hidrógeno) pueden separarse a la hora de hacer nuevas copias en la duplicación celular. Los ácidos nucleicos probablemente son la única característica común de todos los seres vivos en este planeta. Incluso de algunos no tan vivos, como los virus.
Como curiosidad, la triple hélice propuesta en la infame serie Operación Threshold fue una de las hipótesis manejadas en los años de trabajo de Watson y Crick.

Coincidencias

La mariposa se llama Vanessa atalanta, aunque ella no lo sepa. La planta corrió peor suerte y fue bautizada como Podranea ricasoliana. Otro día les cuento la razón de esta nomenclatura, idea de un genio llamado Carolus Linnaeus, Linneo para los amigos. Hoy sólo la disculpa por los nombrecitos pero les aseguro que es la única forma de entenderse cuando uno sale de su pueblo.Tengo esta planta en una esquina de mi casa, a unos metros de la puerta de la cocina. Cuando llegan las heladas se seca porque no soporta el frío. Pero en la primavera nunca me falla, retoña, alcanza los cuatro metros y, ahora, cuando el calor afloja, nos regala con racimos de flores rosas.