viernes, 1 de abril de 2011
Con semejante demostración de éxito ecológico, ¿para qué la vida ha hecho evolucionar el sexo? En los organismos con reproducción sexual, se exige que dos células de diferente signo (sexo) se fusionen para dar lugar a un nuevo organismo. A menudo, las células de diferente sexo son producidas por diferentes individuos, lo que plantea una cuestión de consumo energético (y de tiempo) que deberá tener su compensación en algún otro sentido. Y no hablemos del coste que supone producir machos.Los organismos sexuales deben buscarse, encontrarse, producir células sexuales y poseer mecanismos más o menos complejos, pero poseerlos, para que el encuentro de los gametos (así es como se llaman las células sexuales) tenga lugar.
Tanto es así, que estos gametos han inventado un nuevo tipo de reproducción celular. En la habitual, la mitosis, la célula simplemente duplica su ADN y luego se divide en dos células hijas. Esto es lo que ocurre en cualquier célula de cualquier organismo perteneciente a alguno de los cuatro reinos, a excepción de los Moneras. Este método sirve para generar nuevos organismos, en el caso de unicelulares, o para regenerar, reparar o crecer, en el caso de pluricelulares.
Sin embargo, en el nuevo tipo de división que aparece en la formación de gametos, la meiosis, las cosas no son tan sencillas. Aquí, hay dos divisiones, no sólo una, y una sola duplicación del material genético. Por aritmética, el producto serán cuatro células hijas con la mitad del material genético de la célula original. Pero no cualquier mitad, pues, durante el proceso, cromosomas homólogos (los que pertenecen a la pareja original que posee cualquier célula diploide) se fragmentan a la misma altura y se intercambian dichos fragmentos. En este proceso, denominado entrecruzamiento, se produce el evento clave: si en la mitosis, el tipo de ADN (la combinación de genes y su secuencia de bases nitrogeneadas concreta) se mantenía intacto tras la división, en la meiosis, las pequeñas diferencias que hay entre cromosomas homólogos (diferencias en sus secuencias de bases) se van a intercambiar al azar, de modo que los cromosomas hijos ya no son exactamente iguales a los originales
En las bacterias o en cualquier célula que sólo se reproduzca por mitosis, las células hijas son siempre clones de las originales (excepción hecha de la aparición de mutaciones). En los gametos ocurre que son todos diferentes unos de otros, de modo que, al unirse dos de diferente sexo, el organismo resultante presentará una combinación génica única en toda la población que tendrá, incluso entre hermanos. Sobre esta variabilidad actuará la selección natural.
En general, se acepta que los beneficios del sexo (además de para la salud cardiovascular) se pueden agrupar en dos bloques:
Eliminar mutaciones perjudiciales, que se suelen acumular en las células asexuales, y que se eliminarían durante los procesos de recombinación. Más que elimininar, lo que se hace es crear combinaciones génicas nuevas en las que esa mutación no aparece.
Adaptarse a medios cambiantes desde el punto de vista ecológico. Habrá malas y buenas combinaciones de genes que posibiliten una adecuada adaptación ante hábitats especialmente cambiantes. Este tipo de ventajas de la reproducción sexual es muy interesante para las relaciones hospedador – parásito, porque permite al primera adaptarse continuamente al armamento de su parásito.
En cuanto al origen del sexo, este se remonta a los primeros Protoctistas. Lynn Margulis y Dorion Sagan en “Qué es la vida” cuentan algunos casos curiosos. Se decantan por un origen gastronómico de la meiosis: una célula engulle a otra, pero no siempre la digeriría. Se observa algo así hoy día en los hipermastigotos, que viven en los intestinos de algunos insectos: tras la fagocitosis, en algunos casos se observa que ambas células viven como una sola y se dividen dando lugar a un mismo doble juego de cromosomas. Quizá, algún error en las nuevas divisiones originara el juego cromosómico original, y esto es lo que se observa en laboratorio (Lemuel Roscoe Cleveland).
Sea como fuere, actualmente existen varias posibles explicaciones respecto al origen y evolución del sexo. Entre todas entenderemos el porqué de este costoso proceso y la causa de que alguna que otra especie puede gozar tanto con él, hasta el punto de buscarlo con verdadera fruición.
Control y evolución de la reproducción asexual en el espinazo del diablo
Sin embargo, existe otra particularidad. En la mayoría de las plantas, el gen LEC, como parace obvio, se expresa en las semillas, pero en Kalanchoe lo hace también en las hojas, en una versión que se llama LEC1. Y, curiosamente, si se transfiere esa variante a otras especies, les es imposible formar semillas viables. Así que, según los autores del trabajo publicado en PNAS, Koolachus ha perdido la capacidad de perder semillas pero, de algún modo, transfiere algo de lo relacionado con el desarrollo embrionario a la hoja para formar plántulas.
El fenómeno, según Sinha y sus colaboradores, es que proporciona una evidencia de que la reproducción asexual en este grupo se originó como un proceso de organogénesis que luego precisó de un programa de embriogénesis en respuesta a la pérdida de reproducción sexual.
Filogenias y relojes moleculares
de algo adolece “El Origen,” a decir de algunos, es de carecer de aparato matemático alguno en sus argumentaciones. Y es precisamente en este aspecto en el que la teoría evolutiva actual ha aportado más en forma del llamado reloj molecular, que consistiría en una forma de medir la distancia entre especies en función de la tasa de sustitución nucleotídica o de aminoácidos en sus respectivos genomas o proteínas.Cuando el número de sustituciones entre dos secuencias, sea del tipo que sean, son relativamente bajas, se considera que el antecesor común reciente, y al contrario, si las diferencias son mayores, el antecesor está más alejado en el tiempo. Los datos son, como decía más arriba, complementados por otras disciplinas, como la paleontología, biogeografía, ecología, etc.
Ahora bien, el problema obvio con el que se encuentran los trabajos basados en relojes moleculares, es que la tasa de sustitución (léase como tasa evolutiva) no es constante ni la misma en diferentes especies. Lo que se suele asumir es que, para períodos de tiempo lo suficientemente largos, el reloj molecular sí que puede ser una buena herramienta. Se compensarían, en este caso, períodos cortos de muchos cambios, con períodos largos de una baja tasa evolutiva. Las distancias genéticas, finalmente, son combinadas con otros parámetros para elaborar los árboles filogenéticos.
Las interferencias en estas irregulares tasas de evolución se deben a muchos factores, como el tiempo de generación, tamaños poblacionales, mecanismos de reparación de ADN, … El genetista Steve Jones lo dice muy claro: “Debemos usar los relojes moleculares con los dedos cruzados”.
Sin embargo, otros estudios, como el de Alexei Drummond, indican que podemos, al menos durante un momento, “descruzar” los dedos. Drummond dice que lo que se llama reloj molecular relajado podría ser una buen técnica. En estos árboles filogenéticos, la longitud de las ramas representa el tiempo, y el grosor de estas, la tasa de evolución. Si se usa una misma tasa de evolución para todo el árbol, se obtiene un árbol basado en un reloj molecular estricto. Si en el árbol se representan las relaciones entre especies, pero sin tener en cuenta ni tasa de evolución ni tiempo transcurrido, tenemos el árbol basado en un modelo sin reloj molecular, al estilo del ya “pensado” por Darwin y comentado aquí mismo. En la siguiente figura, extraída de un artículo de PLos, titulado
Model Selection and the Molecular Clock, escrito por Oliver G. Pybus, muestra todo lo dicho en este párrafo
Drummond analiza varios grandes grupos de datos, de bacterias, hongos, plantas, animales y primates, y concluye que su reloj molecular relajado identifica la verdadera filogenia más levemente que los modelos de “no-reloj”. Y más importante aún, las estimaciones de un reloj relajado eran más ciertas que las de modelos “no-reloj”. En esta supuesta contradicción es en lo que, a decir de Pybus, se deben centrar los trabajos actualmente
Coevolución hormigas-plantas
La mayoría de las plantas "aparentes" que conocemos pertenecen al grupo de las Angiospermas y se caracterizan por poseer vasos conductores, semilla y fruto. Se desarrollaron hace unos 100 millones de años, en el Cretácico Medio, a partir de plantas que requerían medios muy húmedos y más bien próximos al agua. Los últimos estudios moleculares, publicados en Science, concluyen que surgieron hace entre 140 y 168 millones de años, pero hace unos 100 millones de años se produjo la gran diversificación. Poco a poco, estas plantas fueron colonizando medios terrestres a partir de una serie de modificaciones y sucesos concatenados, algunos de las cuales son:
Cambios ambientales.
Aparición de mecanismos para la propagación del gameto masculino y del fruto.
Aparición de mecanismos de defensa por parte de las plantas "en respuesta" a los herbívoros.
Capacidad de las plantas de producir una cantidad ingente de metabolitos secundarios, algunos de los cuales serían útiles para los dispersadores.
… aparición de un grupo de animales, las hormigas, con una relación casi imprescindible con ellas.
Aunque parece ser que la diversificación de las Formicidae (Cretácico inferior) es anterior a la de las Angiospermas. Es curioso, por ejemplo, el hecho de que existen muchas especies de hormigas asociadas a helechos, de modo que la coevolución ya empezó con las Pteridófitas, lo que explicaría por qué, en realidad, las hormigas no poseen especiales adaptaciones a las flores, pero sí a otras partes de la planta, como hojas, tallo y raíces. Otro dato importante es que la coevolución tuvo lugar de modo independiente y con varias soluciones diferentes.
Si bien hay consenso en que plantas y hormigas sufrieron un proceso de coevolución por selección natural, no es menos cierto que existen otras especies más bien oportunistas. Estas relaciones incluyen simbiosis y mutualismos, relaciones de hormigas con Homópteros, parasitismo, depredación de hormigas a homópteros, depredación hacia las hormigas, plantas epífitas y animales que se alimentan de plantas. Vamos, de todo.
Para terminar, enumeraré las ventajas que ofrece el mutualismo entre plantas y hormigas.
La planta evita que su semilla sea "depredada" mientras las hormigas las retengan bajo tierra.
Evitar la competencia con otras plantas debido al control de las hormigas sobre estas últimas.
Solucionar el problema del "fuego": tras incendios espontáneos, muy frecuentes en ciertas zonas del mundo, las semillas que se encuentran retenidas en hormigueros son excelentes para recuperar el ecosistema.
Dispersión y propagación de la semilla.
Condiciones para una buena nutrición se dan en lugares en los que las hormigas acumulan desechos que resultan ser excelentes abonos para ciertas plantas.
Cambios ambientales. Aparición de mecanismos para la propagación del gameto masculino y del fruto.
Aparición de mecanismos de defensa por parte de las plantas "en respuesta" a los herbívoros.
Capacidad de las plantas de producir una cantidad ingente de metabolitos secundarios, algunos de los cuales serían útiles para los dispersadores.
… aparición de un grupo de animales, las hormigas, con una relación casi imprescindible con ellas.
Aunque parece ser que la diversificación de las Formicidae (Cretácico inferior) es anterior a la de las Angiospermas. Es curioso, por ejemplo, el hecho de que existen muchas especies de hormigas asociadas a helechos, de modo que la coevolución ya empezó con las Pteridófitas, lo que explicaría por qué, en realidad, las hormigas no poseen especiales adaptaciones a las flores, pero sí a otras partes de la planta, como hojas, tallo y raíces. Otro dato importante es que la coevolución tuvo lugar de modo independiente y con varias soluciones diferentes.
Si bien hay consenso en que plantas y hormigas sufrieron un proceso de coevolución por selección natural, no es menos cierto que existen otras especies más bien oportunistas. Estas relaciones incluyen simbiosis y mutualismos, relaciones de hormigas con Homópteros, parasitismo, depredación de hormigas a homópteros, depredación hacia las hormigas, plantas epífitas y animales que se alimentan de plantas. Vamos, de todo.
Para terminar, enumeraré las ventajas que ofrece el mutualismo entre plantas y hormigas.
La planta evita que su semilla sea "depredada" mientras las hormigas las retengan bajo tierra.
Evitar la competencia con otras plantas debido al control de las hormigas sobre estas últimas.
Solucionar el problema del "fuego": tras incendios espontáneos, muy frecuentes en ciertas zonas del mundo, las semillas que se encuentran retenidas en hormigueros son excelentes para recuperar el ecosistema.
Dispersión y propagación de la semilla.
Condiciones para una buena nutrición se dan en lugares en los que las hormigas acumulan desechos que resultan ser excelentes abonos para ciertas plantas.
Nuevas filogenias en plantas
Cuando se habla de Paleontología y de fósiles se piensa, automáticamente, en Trilobites, dinosaurios y demás bichos del imaginario popular. Pocas veces se tienen en cuenta las plantas, y la razón es bien sencilla: al carecer, por lo general, de partes duras (si exceptuamos algunos tejidos lignificados o endurecidos con alguna otra sustancia), la fosilización de plantas es bastante infrecuente, pues, una vez muertas o caídos sus restos (hojas, flores, …) se descomponen a una velocidad asombrosa, sin tiempo alguno para que la fosilización tenga lugar.
Es por esto que las filogenias que tratan sobre el origen de las plantas presentan bastantes lagunas. En general, sin embargo, se admite una progresión, tras la colonización de los medios terrestres, en el sentido de pérdida de flagelos en las células reproductoras y aparición de mecanismos de diseminación más efectivos
Los Hepáticas, un grupo de Briófitos, al que pertenecen también los musgos y hepáticas, parecen ser el origen de todo. En un estudio publicado en PNAS, se llega a esta conclusión. Según el abstract, observando genes estructurales y genes del cloroplasto resaltan las hepáticas como las antecesoras (o pariente común) de todas las demás plantas que llegarían a colonizar los medios terrestres. También los Antocerotes estarían implicados como antecesores en las dos grandes modificaciones que sufrieron las plantas:
La transición del medio acuático al terrestre que se menciona más arriba.
El paso de una generación dominante de gametofito haploide a la de esporofito diploide en las plantas vasculares.
Así que, allí donde la Paleontología no puede llegar, llega la Biología Molecular.
Mas información:
* Artículo original en PNAS.
* Referencia en Palaeoblog.
* Artículo en El País.
El grupo de Zsuzsanna Schwarz-Sommer, del Max-Planck Institut, observó un hecho muy curioso (véanse las imágenes adjuntas).
Las imágenes a y b corresponde a Petunia hybrida, y las c y d a Antirrhinum majus. Por otra parte, b y d se corresponden con mutantes respectivos de ambas especies. Se observa que estos mutantes son muy similares: se obtienen estambres en lugar de pétalos.
Puestos a investigar las causas, concluyeron que el gen mutado era el mismo en ambas especies, y que codificaba para un tipo de microARN de 20 nucleótidos que, como es su función, reconocería una región específica de un ARN mensajero, se uniría a ella e impediría la traducción, es decir, la síntesis de una proteína necesaria para el correcto desarrollo floral. Dicho de otro modo, el gen que debería transcribirse y traducirse, permanece en silencio. El mecanismo es muy parecido al que ocurre en Drosophila con el gen antennapedia, que provoca el crecimiento de patas en lugar de antenas.
Así, los microARN se muestran fundamentales en las etapas de desarrollo floral. Y esto me gusta especialmente, porque parece que la evo-devo en plantas es la chica fea.
Es por esto que las filogenias que tratan sobre el origen de las plantas presentan bastantes lagunas. En general, sin embargo, se admite una progresión, tras la colonización de los medios terrestres, en el sentido de pérdida de flagelos en las células reproductoras y aparición de mecanismos de diseminación más efectivos
Los Hepáticas, un grupo de Briófitos, al que pertenecen también los musgos y hepáticas, parecen ser el origen de todo. En un estudio publicado en PNAS, se llega a esta conclusión. Según el abstract, observando genes estructurales y genes del cloroplasto resaltan las hepáticas como las antecesoras (o pariente común) de todas las demás plantas que llegarían a colonizar los medios terrestres. También los Antocerotes estarían implicados como antecesores en las dos grandes modificaciones que sufrieron las plantas:La transición del medio acuático al terrestre que se menciona más arriba.
El paso de una generación dominante de gametofito haploide a la de esporofito diploide en las plantas vasculares.
Así que, allí donde la Paleontología no puede llegar, llega la Biología Molecular.
Mas información:
* Artículo original en PNAS.
* Referencia en Palaeoblog.
* Artículo en El País.
En los años 90 del pasado siglo (detesto esta expresión) se descubrieron un tipo peculiar de ARN que se denominaron microARN por su pequeño tamaño, alrededor de 20 nucleótidos, en el nemátodo Caenorhabditis elegans. Estos ARN son capaces de interferir con el ARNm, es decir, con la propia síntesis de proteínas, inhibiendo, por tanto, la traducción. Con el tiempo, se observó su función fundamental en la regulación génica, incluyéndoseles, j unto con otros tipos de ARN, dentro de los procesos de interferencia de ARN. Esto valió un Nobel de Fisiología y Medicina en el 2006.
La función de estos microARN se vio demostrada en animales, plantas, hongos y protozoos. Por ejemplo, se publica estos días un caso en plantas, en Nature Genetics, muy ilustrativo.
El grupo de Zsuzsanna Schwarz-Sommer, del Max-Planck Institut, observó un hecho muy curioso (véanse las imágenes adjuntas).
Las imágenes a y b corresponde a Petunia hybrida, y las c y d a Antirrhinum majus. Por otra parte, b y d se corresponden con mutantes respectivos de ambas especies. Se observa que estos mutantes son muy similares: se obtienen estambres en lugar de pétalos.Puestos a investigar las causas, concluyeron que el gen mutado era el mismo en ambas especies, y que codificaba para un tipo de microARN de 20 nucleótidos que, como es su función, reconocería una región específica de un ARN mensajero, se uniría a ella e impediría la traducción, es decir, la síntesis de una proteína necesaria para el correcto desarrollo floral. Dicho de otro modo, el gen que debería transcribirse y traducirse, permanece en silencio. El mecanismo es muy parecido al que ocurre en Drosophila con el gen antennapedia, que provoca el crecimiento de patas en lugar de antenas.
Así, los microARN se muestran fundamentales en las etapas de desarrollo floral. Y esto me gusta especialmente, porque parece que la evo-devo en plantas es la chica fea.
Las plantas con flores se dividieron muy rápidamente en sus cinco familias
Aparecieron en la evolución hace 130 millones de años y hoy incluyen unas 400.000 especies
Científicos de las universidades estadounidenses de Florida y Texas arrojan luz hoy, en la edición en línea de la revista 'Proceedings', sobre el origen y la evolución primitiva de las plantas con flores, fenómeno que Charles Darwin consideraba un «misterio abominable». Los investigadores han establecido, gracias al análisis del ADN del cloroplasto -el orgánulo en el que se realiza la fotosíntesis- de decenas de especies, el parentesco entre las cinco grandes familias de estas plantas, pero el estudio ha dejado una gran pregunta en el aire, por ahora.
Las flores son algo reciente en la historia de la evolución. Surgieron hace unos 130 millones de años. Hasta entonces, lo que había en el mundo eran helechos -algunos tan grandes como árboles-, algas y musgos. En la actualidad, crecen en la Tierra unas 400.000 especies de plantas con flores.
La flor más antigua viva
El estudio genético publicado revela que dos de los principales grupos de estos vegetales, las monocotiledóneas -la hierba y sus parientes- y las dicotiledóneas -el tomate, el girasol y otras-, están más estrechamente emparentadas entre sí que con el resto. Pero, aún siendo eso llamativo, no es lo más.Las plantas con flores suponen el 60% de todas las plantas verdes y se creía desde hace tiempo que se habían diversificado muy rápidamente hasta alcanzar las 400.000 especies conocidas. Pero no tan rápidamente como indica su ADN. Los equipos dirigidos por Robert Jansen, en Texas, y Doug y Pam Soltis, en Florida, han descubierto que su diversificación fue una especie de Big Bang: ocurrió en 5 millones de años, al final de los cuales ya existían las cinco grandes familias de plantas actuales.
«Es asombroso que la explosión de la que nacieron casi todas las plantas con flores sucediera en menos de 5 millones de años», dice Pam Soltis. Los investigadores han identificado la 'Amborella', que crece únicamente en la isla de Nueva Caledonia, en el océano Pacífico, como representante viva del primer grupo de plantas con flores. La causa de la gran explosión de biodiversidad continúa siendo un misterio, reconocen los Soltis.
Los investigadores estadounidenses especulan con que la diversificación pudo ser consecuencia de un gran cambio climático, aunque también consideran la posibilidad de que fuera aguijoneada por un salto evolutivo como la aparición de una célula que llevara el agua tallo arriba con gran efectividad, y que está poco desarrollada en las primeras plantas con flores.
Científicos de las universidades estadounidenses de Florida y Texas arrojan luz hoy, en la edición en línea de la revista 'Proceedings', sobre el origen y la evolución primitiva de las plantas con flores, fenómeno que Charles Darwin consideraba un «misterio abominable». Los investigadores han establecido, gracias al análisis del ADN del cloroplasto -el orgánulo en el que se realiza la fotosíntesis- de decenas de especies, el parentesco entre las cinco grandes familias de estas plantas, pero el estudio ha dejado una gran pregunta en el aire, por ahora.Las flores son algo reciente en la historia de la evolución. Surgieron hace unos 130 millones de años. Hasta entonces, lo que había en el mundo eran helechos -algunos tan grandes como árboles-, algas y musgos. En la actualidad, crecen en la Tierra unas 400.000 especies de plantas con flores.
La flor más antigua viva
El estudio genético publicado revela que dos de los principales grupos de estos vegetales, las monocotiledóneas -la hierba y sus parientes- y las dicotiledóneas -el tomate, el girasol y otras-, están más estrechamente emparentadas entre sí que con el resto. Pero, aún siendo eso llamativo, no es lo más.Las plantas con flores suponen el 60% de todas las plantas verdes y se creía desde hace tiempo que se habían diversificado muy rápidamente hasta alcanzar las 400.000 especies conocidas. Pero no tan rápidamente como indica su ADN. Los equipos dirigidos por Robert Jansen, en Texas, y Doug y Pam Soltis, en Florida, han descubierto que su diversificación fue una especie de Big Bang: ocurrió en 5 millones de años, al final de los cuales ya existían las cinco grandes familias de plantas actuales.
«Es asombroso que la explosión de la que nacieron casi todas las plantas con flores sucediera en menos de 5 millones de años», dice Pam Soltis. Los investigadores han identificado la 'Amborella', que crece únicamente en la isla de Nueva Caledonia, en el océano Pacífico, como representante viva del primer grupo de plantas con flores. La causa de la gran explosión de biodiversidad continúa siendo un misterio, reconocen los Soltis.
Los investigadores estadounidenses especulan con que la diversificación pudo ser consecuencia de un gran cambio climático, aunque también consideran la posibilidad de que fuera aguijoneada por un salto evolutivo como la aparición de una célula que llevara el agua tallo arriba con gran efectividad, y que está poco desarrollada en las primeras plantas con flores.
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