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The Journey of Man.
A Genetic Odyssey Spencer Wells
Random House, Nueva York,
2002. 218 páginas.
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Dice Jorge Volpi que el cerebro es una máquina de futuro, que nos permite, sobre todo, la empatía, y nos inclina, desde su punto de vista, a apasionarnos por la ficción. La idea es interesante, y como muchas otras de este escritor mexicano, digna de reflexionarse. Pero mucho se ha repetido que no podemos vislumbrar lo que vendrá sin conocer y revisar nuestro pasado. Esto se aplica también a la historia escrita, y bien puede extenderse a aquella que nos precede biológicamente.
Desde tiempos inmemoriales el ser humano ha elucubrado, y aún trata de explicar, en dónde se originó la humanidad y cómo llegó a poblar prácticamente todo el planeta. Actualmente hacer la reconstrucción de la especie humana, desde la ciencia, sin recurrir al adn es impensable, y gracias a la investigación y la mejora en las técnicas de laboratorio y datación, las aproximaciones a nuestro origen y devenir son cada vez más claras.
En este viaje y odisea genética, Spencer Wells, destacado investigador y divulgador estadounidense, nos narra la forma en que genética y antropología se entrelazan para develar el recorrido de nuestros ancestros desde África hasta Asia, Oceanía, Europa y América.
Con una introducción histórica sobre las teorías que proponían diversas especies en el origen del Homo sapiens, Wells nos lleva de la mano al estudiar las diferencias en los genes para corroborar la hipótesis de una sola especie por medio de los mismos mecanismos evolutivos que actúan sobre el resto de los organismos. Nos explica, con un lenguaje accesible y claro, el trabajo de su mentor, Luca CavalliSforza, quien comenzó investigando grupos sanguíneos para aportar los primeros elementos que permiten determinar fechas en que las poblaciones humanas se separaron; más tarde vendrían los primeros intentos con adn.
Al revisar el trabajo de muchos investigadores en el mundo, e integrando sus hallazgos, Wells muestra con bastante soltura, pero también rigor, la diversidad actual de los grupos humanos, empezando por el indiscutible origen africano del hombre con base en el análisis de los numerosos polimorfismos en el cromosoma y.
Siguiendo los marcadores genéticos, particularmente el adn mitocondrial, que es ya una pieza fundamental en los estudios de las décadas recientes, ubica a la “Eva” original en África hace 150 000 años. Por otra parte, con el análisis del cromosoma y, que pasa prácticamente sin cambios de generación en generación —lo que permite ubicar la ocurrencia de mutaciones— nos dice que “Adán” vivió hace unos 60 000 años. Con los elementos que se han ido sumando, la búsqueda de los cambios se vuelve apasionante, y el autor hace entonces un recorrido hacia Medio Oriente, India, Australia, China, Siberia y Europa.
Más tarde, con lo que podría considerarse un marcador siberiano, sigue las huellas de los primeros pobladores de América hace poco más de 15 000 años. Con el estudio genético de los nativos americanos se han podido encontrar las pistas del cruce de los grupos humanos por el estrecho de Bering. Así, junto con las huellas dejadas por otros mamíferos, el autor concluye que: “rocas y huesos parecen concordar con el adn”.
En sólo 40 000 años nuestra especie viajó de África oriental hasta Tierra del Fuego, enfrentando desiertos, escalando montañas y las grandes tierras heladas del norte, adaptándose a condiciones de vida muy distintas. Así, hace alrededor de 10 000 años los humanos habían llegado ya a casi todos los continentes y puede decirse, casi literalmente, que lo demás es historia. Un libro muy recomendable, con muchos datos, pero también escrito con una narrativa que permite leerlo casi de un hilo.
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Referencias bibliográficas
Volpi, J. 2011. Leer la mente. El cerebro y el arte de la ficción. Alfaguara, México.
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Patricia Magaña Rueda
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → Magaña Rueda, Patricia y Autor: Spencer Wells. (2011). The Journey of Man. A genetic Odyssey. Ciencias 103, julio-septiembre, 78. [En línea] |
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Los dinoflagelados
un grupo excepcional
Raquel González Pérez, Olga M. Echeverría Martínez, Silvia Juárez Chavero y Gerardo H. Vázquez Nin
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Los dinoflagelados son protistas microscópicos unicelulares que forman el phylum Pyrrophyta, constituido por dos clases: Dinophyceae, con más de 4 000 especies de vida libre, y Syndinophyceae, con alrededor de 40 especies parásitas y simbiontes. Su adaptación a una gran variedad de ambientes se ve reflejada en su diversidad de formas, tipos de nutrición y un enorme registro fósil que data de varios millones de años.
En condiciones favorables, algunos dinoflagelados de vida libre de los géneros Alexandrium, Glenodinium, Gymnodinium y Gonyaulax pueden reproducirse fácilmente y tornar las aguas superficiales de color rojo debido a las neurotoxinas que producen, lo que se llama marea roja, y que suele ser venenosa para muchos tipos de organismos marinos, provocando su muerte en cadena.
Algunos dinoflagelados establecen asociaciones simbióticas con invertebrados marinos, especialmente con corales, anémonas, zoantidos y gorgonias (cnidarios de la clase Antozoa), formando así los arrecifes coralinos, que albergan un cuarto de la biodiversidad marina del planeta. Las asociaciones simbióticas son interespecíficas y complejas, y los participantes reciben beneficios que les permiten coexistir en un ambiente escaso de nutrimentos.
En el arrecife de la Isla Santiaguillo, parte del Sistema arrecifal veracruzano, viven anémonas que llevan una relación simbiótica con dinoflagelados del género Symbiodinium, interacciones que revelan un largo proceso de adaptaciones evolutivas (ecológicas, fisiológicas, estructurales y moleculares) que han contribuido a la supervivencia de ambos organismos. Las anémonas proveen a Symbiodinium de un ambiente seguro y de nutrimentos —dióxido de carbono, fósforo y nitrógeno, componentes de desecho de la respiración celular— y reciben productos fotosintéticos, como el oxígeno y moléculas orgánicas provenientes de la fijación de dióxido de carbono —manteniendo entre ellos una translocación considerable y bidireccional de nutrimentos.
Los dinoflagelados tienen una gran importancia biológica y evolutiva, y presentan características estructurales únicas entre los organismos con núcleos celulares bien definidos (eucariontes): la organización del adn empaquetado en forma de cromosomas que, junto con el nucléolo, se mantiene permanentemente condensado durante todo el ciclo celular; una ausencia de proteínas histonas (proteínas básicas de bajo peso molecular, responsables del empaquetamiento del ADN, muy conservadas evolutivamente entre los eucariontes); y la permanencia intacta de la envoltura nuclear durante la división celular.
El núcleo celular
El núcleo celular varía en forma, tamaño y contenido de adn en los dinoflagelados. Las morfologías nucleares que se observan son: ovalada (Crypthecodinium cohnii), triangular (Gymnodinium dodgei), arriñonada (Alexandrium fundyense) y en u o v (Prorocentrum micans). El tamaño nuclear es muy amplio, va de 5 µm (micrómetros) como en Crypthecodinium cohnii, a 40 µm, como en Gymnodinium nelson. El contenido de ADN es muy variable, entre 1.5 y 400 pico gramos por núcleo (pg/n) que, comparado con el de otros eucariontes, es muy alto —en plantas se suelen encontrar valores que oscilan alrededor de 40 pg/n, y de 5.6 pg/n en células humanas. Aproximadamente 60% del ADN de dinoflagelados está formado por secuencias repetitivas.
Son los únicos eucariontes que carecen de histonas en la cromatina, proteínas que desempeñan un papel fundamental en el empaquetamiento de ADN, permitiendo su compactación en grumos y filamentos de diferentes diámetros, de manera que metros enteros de ese material se acomodan en el volumen de los núcleos, que va de 5 a 20 µm. El agregado de grupos metilo, acetilo, fosfato y otros en aminoácidos del extremo amino terminal de estas proteínas constituye un código epigenético que influye en la estructura y las funciones de la cromatina.
La importancia vital de las histonas se puede apreciar, además, en la gran conservación de la secuencia de bases de muchas de ellas —por ejemplo, la diferencia de la secuencia de aminoácidos de la histona H4 entre el chícharo y la vaca es de 2 y 102. Esta fuerte conservación evolutiva es corroborada por la letalidad de mutaciones puntuales en genes de histonas en levaduras y otros eucariontes —datos que demuestran claramente la bajísima probabilidad de la completa sustitución de todas las histonas en una población que, no sólo pudo sobrevivir, sino actualmente tiene una amplia distribución en los océanos y se ha adaptado a la vida libre y la simbiótica.
Aunque los dinoflagelados perdieron las histonas, los cromosomas contienen una pequeña cantidad de proteínas básicas que han sido llamadas histone-like, proteínas de unión al ADN que se encuentran dentro del rango de peso molecular de las histonas y se ha especulado que tienen una función reguladora en la transcripción del ADN, y se han localizado en la periferia de los cromosomas, sitio transcripcionalmente activo.
La relación entre la cantidad de proteína y la de ADN que existe en los cromosomas oscila en un rango de 1 a 10, muy diferente a la de otros organismos eucariontes, cuya relación es de 1 a 1 y en procariontes de 1 a 1.75.
Se ha detectado en la cromatina altos niveles de metales de transición como hierro, níquel, cobre y zinc, lo cual sugiere que estos elementos pueden ser parte estructural importante de los cromosomas, tomando el lugar de las histonas. Dichos metales se encuentran en un estado dinámico y se ha propuesto que la condensación permanente de los cromosomas puede estar relacionada con una interacción de metaloproteína y adn. También se han encontrado los cationes Ca2+ y Mg2+, que desempeñan un importante papel en la estabilización de los cromosomas.
Las bases guanina y citosina son abundantes en el genoma de estos organismos, lo cual se ha atribuido a la presencia de bases metiladas, que constituyen aproximadamente 70% de su genoma —la 5hidroximetiluracilo (5homeu), que sólo poseen los dinoflagelados y que reemplaza de 12 a 70% de la timina, la n6metiladenina, que sustituye a la adenina, y la 5metilcitosina, que ocupa el lugar de la citosina. Se ha propuesto que tales bases son vestigio de un mecanismo que operó en una etapa temprana de su evolución.
Los cromosomas
El número de cromosomas del phylum Pyrrophyta varía ampliamente, de 4 en Syndinium borgerti a 325 en Endodinium chattoni —generalmente los dinoflagelados de vida libre contienen más cromosomas que los simbiontes. El tamaño de los cromosomas varía de 0.5 a 1 µm de diámetro, y alrededor de 15 µm de largo.
La estructura de los cromosomas es quizá la característica más prominente que poseen en el núcleo, ya que son haploides, su forma es ovalada o redonda, y se encuentran permanentemente condensados durante todo el ciclo celular, lo que representa una diferencia significativa con respecto de los cromosomas de todos los demás eucariontes, que sólo se encuentran condensados durante la división nuclear.
En cortes ultrafinos (60 a 90 nm, nanómetros), observados en microscopía electrónica de transmisión, se reconocen dos zonas: una transcripcionalmente inactiva, constituida por gránulos y fibras de adn condensadas que forman el cuerpo del cromosoma, y una periférica, que contiene el adn activo de la transcripción (síntesis de arn) en un estado laxo, formando asas que entran y salen del cromosoma.
El ciclo celular
Los dinoflagelados llevan a cabo el ciclo de vida típico de eucariontes superiores con las fases g1sg2m, y con un ritmo circadiano en el cual la división celular ocurre principalmente al final de la fase oscura y el crecimiento y la biosíntesis de muchas proteínas durante la fase de luz, correspondiente a la fase g1 del ciclo celular. Las fases del ciclo se caracterizan por poseer cromosomas con una morfología específica, aunque el alto grado de compactación del adn en su genoma y la ausencia de histonas pone en duda cómo se lleva acabo la replicación y la transcripción del adn en estos organismos, y la sucesión precisa de los cambios en la morfología de los cromosomas se mantiene aún desconocida.
La mitosis de los dinoflagelados es característica del grupo debido a que la envoltura nuclear se mantiene intacta y los cromosomas se unen a ella. La envoltura nuclear se invagina y forma canales citoplasmáticos que atraviesan el núcleo que contienen los microtúbulos del huso mitótico extranuclear que se disponen en el mismo lugar en que se encuentran unidos los cromosomas del lado nuclear. Como consecuencia de tal arreglo estructural, el huso mitótico no se hallan en contacto directo con los cromosomas, como sucede en otros eucariontes, ya que se encuentran separados por la envoltura nuclear. Debido a lo anterior, se ha propuesto que la segregación de cromátidas hermanas podría darse por movimientos de la envoltura nuclear, y el reciente descubrimiento de que la separación de los cromosomas en bacterias es mediada por la actina abrió la posibilidad de que tal proteína nuclear pueda jugar un papel importante durante la mitosis de dinoflagelados.
Tomando en cuenta las diferencias nucleares características del grupo, se puede llegar a pensar que la organización, regulación y expresión de los genes podrían ser diferentes a las de otros eucariontes, y se ha encontrado que la topología de la transcripción en dinoflagelados es similar a la de eucariontes superiores.
La existencia de compartimentos subnucleares específicos para la transcripción y procesamiento del arn ha sido estudiada por medio de inmunolocalización óptica y electrónica, encontrando proteínas histonelike, factores de transcripción y actina nuclear en las asas de adn que salen de los cromosomas, lo que sugiere que cumplen con una función importante en la remodelación y la transcripción del adn, así como también en el proceso de splicing (maduración del arn premensajero).
Las evidencias experimentales y observacionales apoyan fuertemente la idea de que la transcripción en dinoflagelados ocurre en los filamentos de adn periféricos del cromosoma, formando las fibras de arn llamadas pericromatinianas (arn mensajero inmaduro) que, después de pasar por el proceso de splicing, forman los gránulos pericromatinianos (arn mensajero maduro), de un diámetro de 30 a 50 nm, rodeados de un halo claro.
Existen gránulos ribonucleoproteínicos extracromosomales dispersos en el nucleoplasma, que posiblemente correspondan a los gránulos intercromatinianos (almacén de la maquinaria de splicing), los cuales llegan a formar cúmulos de aproximadamente 50 nm de diámetro. También se ha comprobado la presencia de estructuras que poseen arns pequeños nucleares (u1 a u6) tales como los cuerpos de Cajal (estructuras encargadas del ensamble y el transporte de la maquinaria de splicing), cuyo número varía en un rango de 1 a 23, dependiendo de la especie y el estado fisiológico de la célula.
Ultraestructuralmente el nucléolo de los dinoflagelados posee un componente fibrilar denso, formado por fibrillas de 8 a 10 nm de diámetro, el cual se encuentra rodeado por el componente granular, una zona menos densa al haz de electrones que alberga gránulos de 15 a 25 nm de diámetro aproximadamente. En el componente fibrilar denso se lleva a cabo la transcripción y el procesamiento del arn ribosomal, una estructura nucleolar muy similar a la de plantas pero que, a diferencia del nucléolo de muchos eucariontes, se mantiene organizado a lo largo de todo su ciclo celular, incluyendo la mitosis.
Aunque son actualmente muy estudiados en diversas partes del mundo, aún se ignora muchos aspectos de la genética y la biología molecular de los dinoflagelados, un grupo que hace millones de años sobrevivió al más improbable cambio que se conoce en la historia evolutiva de los eucariontes, y que lo hace tan excepcional.
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Referencias bibliográficas
Alverca E., S. Franca y S. Moreno. 2006. “Topology of Splicing and snrnp biogenesis in dinoflagellate nuclei”, en Biol. Cell., núm. 98, pp. 709-720.
Echeverría O. M., L. F. Jiménez, G. González, M. Elizunda y G. H. Vazquez-Nin. 1993. “Cytochemical and autoradiographic study of the nucleus of a symbiotic dinoflagellate”, en Caryologia, vol. 46, núm. 4, pp. 261-274.
La Jeunesse T. C., G. Lambert, R. A. Andersen, M. A. Coffroth y D. W. Galbraith. 2005. “Symbiodinium (Pyrrhophyta) genome sizes (dna content) are smallest among dinoflagellates”, en Journal Phycology, núm. 41, pp. 880-886.
Moreno S., E. Alverca, A. Cuadrado y S. Franca. 2005. “Organization of the genome and gene expression in a nuclear environment lacking histones and nucleosomes: the amazing dinoflagellates”, en European Journal of Cell Biology, núm. 84, pp. 137-149.
Rizzo Peter, J. 1987. The Biology of Dinoflagellates (Botanical Monographs), Taylor F. J. R. (ed.). Blackwell Scientific Publications, Oxford.
Rizzo P. J. 2002. “Those amazing dinoflagellate chromosomes”, en Cell Research, vol. 4, núm. 13, pp. 215-217.
Spector D. L. 1984. Dinoflagellates. Academic Press, Inc., London.
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Raquel González Pérez, Olga M. Echeverría Martínez, Silvia Juárez Chavero y Gerardo H. Vázquez Nin
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → González Pérez, Raquel, et.al. (2011). Los dinoflagelados, un grupo excepcional. Ciencias 103, julio-septiembre, 66-69. [En línea] |
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Conservación y desarrollo
en la región lacandona
Fernanda Figueroa Díaz Escobar y Consuelo Bonfil Sanders
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La Lacandona es también un espacio de alta diversidad
sociocultural, derivada, en buena medida, de la historia de colonización del territorio por olas de inmigrantes, muchos de ellos expulsados de las haciendas y fincas de las regiones aledañas (principalmente, tzeltales, choles, tzotziles, tojolabales), así como mestizos de diferentes regiones del país, además de los refugiados guatemaltecos, que llegaron allí en los ochentas, huyendo del conflicto armado en su país. Finalmente, los indígenas lacandones, a pesar de su reducido número, tienen en la actualidad un peso fundamental en la dinámica sociopolítica regional.
La pérdida de áreas boscosas —asociada a la deforestación y el cambio de uso del suelo—, y el alto nivel de perturbación de muchos bosques remanentes son fenómenos comunes y extensivos en México. La deforestación, además de contribuir al cambio climático global, tiene consecuencias graves como la pérdida de diversidad biológica, la degradación de los suelos y la reducción en la provisión de los servicios ecosistémicos, de los cuales depende en gran medida el bienestar humano y compromete la base de recursos para el desarrollo nacional, afecta la calidad de vida y las posibilidades de desarrollo de muchas comunidades rurales de nuestro país. Muchos de estos cambios, como la extinción de una o varias especies, son irreversibles, y la recuperación de un recurso como el suelo, una vez perdido, es un proceso tan lento que excede por mucho la escala de tiempo humana.
Ante esta realidad, el grupo de trabajo de Bosques y Selvas de la uccs se ha planteado documentar y analizar las causas y las consecuencias de estos procesos desde una perspectiva socioambiental. Para lograr esto es necesario analizar las políticas públicas, ligadas al modelo de desarrollo prevaleciente, que han incidido históricamente en los procesos de deterioro, así como documentar las opciones que existen en la conservación y el manejo de los bosques y los recursos naturales asociados a ellos. Creemos que este trabajo, así como la difusión de sus resultados al conjunto de la sociedad, contribuye a la construcción de formas alternativas de desarrollo que permitan elevar la calidad de vida de las poblaciones locales, y mantener, al mismo tiempo, la viabilidad y adecuado funcionamiento de los ecosistemas.
Aunque el objetivo del grupo a largo plazo es elaborar un diagnóstico y análisis de la situación de los bosques y las selvas del país, debido a la gran complejidad de los procesos que se abordan y la diversidad de contextos históricos, sociales y ambientales, se consideró necesario iniciar el trabajo en una región: la Lacandona. La elección de ésta se debe a la enorme importancia estratégica que tiene para México, tanto por su ubicación geográfica, como por su enorme riqueza de recursos naturales y culturales. En ella se presenta una elevada diversidad biológica, que se expresa en una gran variedad de especies, comunidades y ecosistemas, asociada a una elevada heterogeneidad ambiental. Los bosques, las selvas y la extensa red de drenaje fluvial de la Lacandona proveen un sinnúmero de servicios ambientales —como la captación de carbono, la provisión de agua, el mantenimiento de la biodiversidad y la protección de los suelos, entre muchos otros—, que afectan no sólo el funcionamiento de la propia región, sino de grandes porciones de los estados de Chiapas y Tabasco. Además, representa actualmente el límite boreal de la selva alta perennifolia en el continente americano, ya que es el lugar en donde actualmente tiene una extensión considerable.
La mayor parte de la población que allí habita se encuentra en condiciones de alta marginación socioeconómica, en buena medida por un prolongado abandono tanto del gobierno federal como de los estatales, una inserción desventajosa y tardía de la región en la dinámica socioeconómica nacional e internacional, políticas públicas contradictorias y fragmentadas, así como por una historia de aislamiento y explotación del trabajo y los recursos de la región por los grupos de mayor poder económico y político. Es, en resumen, una historia marcada por la inequidad, que explica en parte por qué allí estalló el conflicto zapatista.
Los ejes más importantes en torno a los que se han construido los numerosos conflictos actuales tienen que ver con el sistema de explotación finquero y la enorme desigualdad social que permaneció sin cambios hasta bien entrado el siglo xx, así como con la desigualdad en la distribución de la tierra, la forma en que se colonizó la región, el decreto de la Comunidad Lacandona y los de las Áreas Naturales Protegidas con los consecuentes problemas agrarios, todo ello producto de una serie de decisiones tomadas por el gobierno mexicano a lo largo de décadas. En este marco, y sobre todo desde la segunda mitad del siglo xx, es que se desarrollaron fuertes procesos de deterioro ambiental.
A partir de 1950 la selva se abrió a la colonización, aunque este proceso tuvo mayor intensidad en los años setentas y ochentas, cuando terminó oficialmente el reparto de las tierras.
Entre 1930 y 1990 se repartieron alrededor de 900 000 hectáreas a 30 000 campesinos, un proceso de ocupación muy influido por la expansión demográfica (la población creció diez veces entre 1940 y 2000), así como por la distribución desigual de la tierra y la expansión ganadera. De esta forma, la selva se convirtió en la válvula de escape a las presiones agrarias del estado y de otras partes del país.
Sin embargo, fue tal la intensidad de la colonización y destrucción de la selva, que se hizo evidente la necesidad de que el gobierno federal tratara de frenarlas o al menos controlas. En este sentido se desarrollaron dos sucesos que marcaron fuertemente a la región, y que tuvieron graves consecuencias sociales, pues detonaron los conflictos agrarios. El primero fue la creación de la Comunidad Zona Lacandona en 1972, cuando se otorgaron 614 321 hectáreas a 66 jefes de familia lacandones, convirtiéndose de la noche a la mañana en nuevos latifundistas y afectando a varias comunidades asentadas en la zona. El segundo fue la creación de la Reserva de la Biósfera Montes Azules en 1978, con una superficie de 331 200 hectáreas, que afectaba a su vez una considerable proporción de las tierras de la Comunidad Zona Lacandona. Ambas decisiones complicaron enormemente los conflictos agrarios en la región, pues diversas comunidades, muchas de las cuales tenían trámites agrarios en proceso, se convirtieron de pronto en asentamientos “irregulares”. Además, paralelamente el gobierno creó la Compañía Forestal Lacandona, que durante décadas explotó maderas preciosas sin control alguno, lo que contrastaba con su supuesta intención de detener la desaparición de la selva.
Aunque el auge de migración a la selva se dio en los setentas y legalmente ya no había más tierras que repartir, el avance del frente colonizador no se detuvo, pues de 1980 a 2010 se siguieron ocupando tierras en ambas zonas, generando confrontaciones intercomunitarias y conflictos con distintas instancias del gobierno federal, que en un esfuerzo por distender ese “foco rojo” agrario promovió la regularización de la tenencia de la tierra por medio de una solución negociada entre las colonias que allí llegaron de 2003 a 2006.
Debido a su enorme riqueza biológica y su importancia estratégica, la región Lacandona se ha convertido en una prioridad de conservación, tanto a nivel nacional como internacional, por lo que numerosas organizaciones y grupos han intervenido fuertemente en la vida y el territorio de las comunidades que la habitan, canalizando una gran cantidad de recursos. Sin embargo, dado el contexto social antes resumido, tales esfuerzos no se han traducido ni en una adecuada conservación ni en el desarrollo de las comunidades que la habitan, que siguen viviendo en condiciones de marginación y expuestas a frecuentes confrontaciones. A ello debe sumarse que el gobierno estatal impulsa actualmente políticas muy controvertidas, entre las que destacan la creación de las llamadas “Ciudades rurales sustentables”, con el apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo y grandes corporaciones privadas.
En este contexto, es importante impulsar la discusión de las estrategias que favorezcan la conservación de la selva en la región, que permitan a la vez distender los conflictos por la tierra y aumentar la capacidad de las comunidades locales para mejorar sus condiciones de vida y modificar las relaciones clientelistas que las han vinculado tradicionalmente con el Estado mexicano. En este sentido, el grupo de Bosques y Selvas de la uccs organizó el 28 de octubre pasado una mesa de trabajo con el tema “Conservación y desarrollo en la selva Lacandona”, en la que participaron especialistas vinculados con la región —instancias de gobierno, organizaciones no gubernamentales y académicos— con el fin de iniciar la discusión y recoger observaciones y experiencias que contribuyan a enriquecer el expediente que estamos elaborando. La intención es sintetizar la problemática de la región y contribuir a una discusión constructiva sobre las perspectivas que existen para impulsar el desarrollo sustentable. Una vez finalizado, dicho documento estará disponible para su consulta pública en la página de la uccs en la red. Finalmente, invitamos a las personas o grupos interesados en participar en esta discusión a que nos envíen sus comentarios o se integren a las actividades del grupo de Bosques y Selvas de la uccs.
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Finalmente, la uccs recibe aportaciones voluntarias de cualquier ciudadano que desee colaborar con sus proyectos. Visita el sitio de la uccs en la red <www.uccs.mx>.
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Fernanda Figueroa Díaz Escobar y Consuelo Bonfil Sanders
Unión de Científicos Comprometidos con la Sociedad
como citar este artículo → Figueroa Díaz Escobar, Fernanda y Bonfil Sanders, Consuelo. (2011). Conservación y desarrollo en la región lacandona. Ciencias 103, julio-septiembre, 50-53. [En línea]
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Ver el árbol permite ver
todo el bosque
Patricia Magaña Rueda
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Somos pastores de árboles, nosotros los viejos Ents […]
Y, sin embargo, los Ents son también parecidos a los Hombres […] toman más rápidamente los colores del mundo […]
o mejor que los dos: pues son más tenaces, y más capaces
de dedicarse a algo durante mucho tiempo. J. R. R. Tolkien
El señor de los Anillos. Las dos torres
Para conocer el lanzamiento de la convocatoria y las diferentes actividades que se están llevando a cabo hay que dirigirse al portal de la Organización de Naciones Unidas, donde se puede, entre otras cosas, tener acceso a un ilustrativo, bien elaborado y bello video de siete minutos, On forests and Men, narrado por el célebre actor Edward Norton, designado como embajador de buena voluntad para estos propósitos (www.un.org/en/events/iyof2011/videos.shtml).
La Organización de las Nacionales Unidas para la Agricultura y la Alimentación (fao) ha publicado ya su reporte de la situación de los bosques para este año. En el documento se da a conocer la situación de los recursos forestales por región, su relación con la mitigación del cambio climático, la creación de industrias sostenibles, el valor comercial de los productos que de ellos se obtienen y una serie de datos anexos en forma detallada. En ese mismo portal se encuentran las ediciones anteriores de este informe desde 1995, lo que posibilita hacer comparaciones en cuanto a la pérdida de la superficie forestal mundial, así como de los avances en conservación y buen manejo (www.fao.org/forestry/sofo/es/).
El correo de la unesco también permite tener una idea de lo que se está haciendo en muchos países para conservar y utilizar los bosques (www.
unesco.org/new/es/unescocourier/themagazine/). ¿Por qué es importante que en México se hable de la situación de los bosques? Porque nunca estará de más volver a resaltar que nuestro país es megadiverso, uno de los de mayor riqueza biológica del planeta. En cuanto a superficie forestal, se ha estimado que ocupa el décimo segundo lugar, después de Rusia, Brasil, Canadá, Estados Unidos, China, Australia, Congo, Indonesia, Perú, India y Sudán. Aunque los datos no son exactos, entre 20 y 24% del territorio nacional está cubierto por bosques. En el portal de la Comisión Nacional Forestal (Conafor) encontramos el Inventario Forestal Nacional 20042009, los productos maderables, muchas de las normas aplicadas industrialmente, los apoyos opcionales para plantaciones de árboles, información sobre asesoría especializada e incluso de convocatorias para proyectos y concursos, así como para niños (www.conafor.gob.mx/portal/).
La deforestación, de acuerdo con la fao, se define como la transformación del bosque para otro uso de la tierra o la reducción, a largo plazo, de la cubierta de copa por debajo del umbral mínimo de 10% de su cobertura, aclarando que la deforestación implica la pérdida duradera o permanente de la cubierta forestal y la transformación de bosque en tierra dedicada a otros usos. Aunque su Informe de la evaluación de los recursos forestales mundiales 2010 señala que el índice mundial total de deforestación estaba disminuyendo, nuestro país no parece ajustarse a ese comportamiento. Las cifras reportadas por Conafor muestran, como cada año, la creciente deforestación en México, comprobable al revisar la transformación en el uso del suelo en distintas áreas. De acuerdo con esta dependencia gubernamental, entre 1993 y 2002 hubo una pérdida de la cobertura de bosques y otras tierras boscosas de 55 492.4 kilómetros cuadrados.
El Fondo Mundial para la Naturaleza (wwf, por sus siglas en inglés) maneja una definición de bosque muy amplia, que abarca varios tipos de vegetación en México. Estima que los bosques cubren 64.5 millones de hectáreas del país, lo que representaría 33% del territorio nacional. En su portal comentan que la tasa anual de pérdida de bosques y selvas ha sido estimada entre 300 000 y 1 500 000 hectáreas y desestiman las cifras digamos “optimistas” de la fao (www.wwf.org.mx/wwfmex).
Una cuidadosa revisión elaborada por un grupo de investigadores de la unam, cuyo primer autor es Javier Mas, contiene algunos de los datos duros de deforestación en el país con gráficas y mapas, pero, como todavía sucede, pone el énfasis en que es necesario elevar los niveles de confiabilidad para contar con bases de datos que permitan definir políticas de manejo y conservación de los recursos naturales. Independientemente de ello, el estudio muestra que el cambio en el uso del suelo y el deterioro de los ecosistemas sigue siendo un problema muy grave en el país. El artículo puede descargarse en la página de la revista Investigación ambiental. Ciencia y política pública (www.revista.ine.gob.mx/).
No sólo el asunto de la deforestación nos arrastra al pesimismo, también hay que mencionar los incendios forestales que este año podrían considerarse una verdadera tragedia nacional, y de lo cual se han ocupado noticiarios y periódicos en forma extensa durante abril y mayo de este año. Basta revisar las cifras que ha dado a conocer el gobierno federal y los estatales. Se calcula, por ejemplo, que en Coahuila los incendios han afectado más de 280 000 hectáreas, de las cuales alrededor de 3% corresponden a arbolado adulto. Las noticias son desoladoras, a pesar de que el 11 de mayo se reportó un control de los siniestros de casi 95 por ciento.
En el propio portal de Conafor puede consultarse el reporte semanal 2011 de los incendios ocurridos en todo el país y su comparación con años recientes. Ya se han alzado algunas voces en contra de la actuación de las entidades gubernamentales (www.jornada.unam.mx/2011/05/15/index.php?section=politica&article=002n1pol).
Para levantar un poco el ánimo, también hay, en este año, bellas imágenes. La Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad ha montado una exposición de fotografías para esta celebración, que ojalá se presente en muchos sitios en el país. Asimismo, la organización ambientalista Good Planet ha puesto en línea una serie de fotografías de bosques del mundo que pueden descargarse en dos tamaños para imprimirse como carteles a color (www.goodplanet.org).
Desde el origen de la humanidad y su extensión como especie en todo el mundo, hasta la dependencia que hoy tenemos para la regulación del clima, el abastecimiento de agua, los productos que de allí obtenemos, así como por su belleza y significado cultural, los bosques están ligados a nosotros.
Conocerlos en todos sus aspectos florísticos y ecológicos, aprovecharlos adecuadamente y admirarlos son tareas y placeres que nos acompañarán para siempre.
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Patricia Magaña Rueda
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → Magaña Rueda, Patricia. (2011). Ver el árbol permite ver todo el bosque. Ciencias 103, julio-septiembre, 38-40. [En línea] |
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Hace veintitrés años
César Domínguez Pérez-Tejeda
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México se caracteriza por ser depositario de una diversidad ambiental relevante que, por la gran demanda de recursos naturales, padece actualmente graves problemas. Para estudiar formalmente y contribuir a resolverlos, hace 23 años y con apenas trece investigadores y un número aún menor de técnicos, se inició una aventura académica en el seno del Instituto de Biología, la cual culminó en 1996 con la fundación del Instituto de Ecología de la unam. Un esfuerzo que fue apenas el atisbo de una trayectoria en la que se han conjuntado, para identificar y resolver problemas nacionales, la investigación de frontera y la docencia, la formación de recursos humanos muy especializados y la colaboración con el sector público. Puede resultar sorprendente que un pequeño grupo de visionarios, una comunidad de investigadores, haya dejado una huella tan profunda, que no sólo afecta a su comunidad cercana, sino que alcanza al país y el entorno internacional, pero no lo es tanto cuando se conoce de cerca su compromiso, entusiasmo, creatividad y liderazgo.
A sus quince años de vida, el Instituto de Ecología se distingue por hacer ciencia de alta calidad, aprovechando como sujeto de investigación la enorme variedad de ecosistemas del país, su gran biodiversidad y su elevado número de endemismos. Allí se creó uno de los primeros doctorados en el país, el Doctorado en Ecología, un semillero de varias generaciones de ecólogos que ahora trabajan en muchas universidades y otras instituciones académicas del país, formando, a su vez, sus propios estudiantes. Su impacto en el sector público no es menor, en 1992 se fundó, a partir de una iniciativa de un grupo de investigadores de nuestra institución, la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (conabio). Asimismo, importantes y exitosas iniciativas para establecer áreas naturales protegidas han surgido o han sido apoyadas por iniciativa de sus laboratorios de investigación, y ahora es sede del nuevo Laboratorio de las ciencias de la sostenibilidad, una iniciativa que busca ligar formalmente la ciencia con la toma de decisiones en política ambiental del país.
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César Domínguez Pérez-Tejada
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → Domínguez Pérez-Tejada, César. (2011). Hace veintitrés años. Ciencias 103, julio-septiembre, 26-27. [En línea] |
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Ciencia y religión, ¿complementarias o contrapuestas?
Ramón Peralta y Fabi
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Y Josué (10:1213) dijo: “Sol, detente en Gabaón; y tú, Luna, en el
valle de Ajalón, y el Sol se detuvo y la Luna se paró. Hasta tanto que la gente se hubo vengado de sus enemigos”, mientras en el Éxodo (14:21) se lee: “y extendió Moisés la mano sobre la mar, e hizo Jehová que la mar se retirase por recio viento oriental toda aquella noche; y tornó la mar en seco y quedaron las aguas divididas”; acto seguido, el “pueblo escogido” cruzó, y cuando las fuerzas del Faraón iniciaron el cruce para acabar con los israelitas, se volvieron a cerrar las aguas. Otros portentos son descritos a lo largo de los cinco libros que forman el Pentateuco, la base textual de la Tora de la religión judía, y una parte del Antiguo Testamento de la cristiana. Asimismo, el Nuevo Testamento, esencia de la fe correspondiente, cuenta (Mateo 1:18) que “el nacimiento de Jesucristo fue así: que siendo María su madre desposada con José, antes que se juntasen, se halló haber concebido del Espíritu Santo”; y en él las citas de milagros de Jesús son más numerosas: convirtió agua en vino, multiplicó panes, caminó sobre el agua, revivió muertos, Lázaro, María y él mismo, y muchas cosas más.
La física conocida establece que el Sol y la Luna no se pueden detener, las aguas no se pueden separar y los milagros, por definición, son instancias en las que las leyes de la naturaleza se suspenden, se violan; si alguien fallece, nada lo puede reanimar.
Si se afirma que religión y ciencia abordan aspectos ajenos o complementarios, como el espíritu y la materia, habría que preguntarse por qué los textos religiosos contradicen a los textos de la ciencia, siempre y sin excepción. La razón es que —estrictamente— se oponen, se contradicen.
En términos generales, las religiones abordan el tema general de la deidad (sus atributos), su relación con el mundo (los milagros) y su comunicación con la humanidad (normas, leyes, promesas y amenazas). La fuente de cada uno de estos elementos es siempre la “revelación”. Es decir, una persona “recibe un mensaje” —la voz divina— en forma directa y clara, personal, íntima. Así, los profetas recibieron estas indicaciones directamente de Dios. En las religiones judeocristiana y musulmana es principalmente Moisés, quien se aísla durante meses y vuelve con más de seiscientos preceptos, los mandamientos incluidos. Para los judíos es la fuente principal, para los cristianos la revelación viene de Moisés y de algunos otros, pero es especialmente Jesús la fuente de todo. Para los musulmanes, quienes incorporan a la revelación mosaica la de Jesús, es a Mahoma a quien Dios revela la forma final de sus comunicaciones.
Cabe notar que ninguno de los profetas escribió personalmente alguna palabra; posiblemente ninguno sabía escribir. En todos los casos, los textos son escritos a lo largo del tiempo y por varios autores —la Tora, la Biblia y el Corán son representativos. Los evangelistas, años después de la muerte de Jesús, escriben sobre sus enseñanzas, preceptos y milagros, varios de ellos sin haberlo escuchado o visto. El califa Utman reunió y organizó los textos del Corán veinte años después de la muerte de Mahoma.
Un aspecto de los textos sagrados es que son aceptados, en cada religión, con una validez absoluta, si bien las religiones modernas no toman los textos de manera literal; salvo entre grupos de escasa educación, que en número superan a los que sí la tienen. Es aquí donde los expertos respectivos, los exégetas —bajo diferentes nombres y a lo largo del tiempo— han ido aportando las diversas interpretaciones —adaptándose así a la civilización moderna.
Hay cientos de religiones profesadas por grupos de distinto tamaño, dicinueve de ellas con más de un millón de seguidores; la cristiana, que tiene más de 32 000 distintas denominaciones porque sus adeptos creen en igual número de variaciones “distintas”, cuenta con más de 2 100 millones de feligreses, y es la mayor; la segunda, con 1 600 millones es la islámica; y la tercera el hinduismo, con 1 000 millones. Si pudiera llamársele religión, el budismo tendría entre 400 y 1 400 millones —dato nada preciso. Hay más de 100 millones de personas que siguen alguna religión formada en el siglo pasado, y quienes declaran no tener religión alguna o ser ateos son cerca de 1 000 millones —todos los números son aproximados y redondeados hacia arriba.
De manera resumida, tienen en común el postular que dios es único, omnipotente (todopoderoso), omnisciente (está en todo lugar), eterno, creó el mundo y lo terminará, es justo, misericordioso y se ocupa de cada ser humano. Cada religión, por supuesto, se considera como la única y verdadera.
La ciencia, por su parte, enfrenta el reto de hacer comprensible el mundo que percibimos, que nos envuelve y del que somos parte. El supuesto más primario es que ese mundo existe independientemente del observador; el Sol “sale” y las bacterias están en (casi) todos lados, aunque no se vean. Todos, sin excepción, aceptan que así es, aunque sea en secreto. Una prueba es que, al cruzar la calle, cada persona voltea para ver si viene un auto que la pueda aplastar; las posibles excepciones ya no están con nosotros…
Independientemente de algunas posiciones filosóficas, tal vez inatacables aunque esencialmente vacuas, la convicción generalizada es que hay un mundo “real” y que es accesible a nuestro intelecto. Lo es porque se pueden ir descubriendo las regularidades que tiene, a las que llamamos leyes naturales, se puede frasear la descripción en un lenguaje universal, común, aunque en ocasiones éste sea complejo y se requiera una educación formal en alguna disciplina, como la física, la biología, la química o las matemáticas; implícito está que se requiere una cultura mínima y un idioma estructurado. Lo que no se pone en tela de juicio es que las regularidades siempre se siguen, en tanto que no hay excepciones. Cuando parece haberlas, la explicación está en el mundo mismo. La Luna siempre gira en torno a la Tierra y no hay quien se despierte con la duda sobre su siguiente aparición; siempre sale el Sol, y lo seguirá haciendo, hasta que ocurran ciertos fenómenos naturales, que nadie puede predecir mirando cartoncitos con figuras de colores o esferas de vidrio u orando ante una imagen de plástico que representa lo que un comerciante tuvo la ocurrencia de hacer.
El mundo natural ofrece retos extraordinarios para su cabal comprensión; es tan poco lo que sabemos y lo que podemos predecir, que la soberbia del conocimiento es sólo síntoma de la ignorancia. Aun así, la vida moderna, simplificada por la tecnología que se disfruta en los aspectos cotidianos, y la información sobre lo que es nuestro universo, nos siguen deslumbrando. Parece casi absurdo imaginar que hace poco se suponía que la Tierra era plana y estaba fija en el centro del universo, o que la vida había aparecido como hoy la vemos, plantas y animales que viven, se reproducen y mueren. Toda persona con cierta cultura biológica sabe de la evolución.
Un hecho del quehacer científico es que las “verdades” permanecen en tanto que no presenten excepciones. Cuando así ocurre, son sustituidas por nuevas explicaciones que, además de incorporar todo lo que ya se entendía, incorporan una gama más amplia de fenómenos o de información. La ciencia es “falsificable”, en tanto que se pone a prueba todo el tiempo puede mostrarse como equivocada. En la religión nada es falsificable o demostrable.
No es tarea de la ciencia enfrentar a la religión, salvo cuando pretende afirmar hechos que con experimentos simples se exhiben como falsos, o que el orden que hemos ido descubriendo en la naturaleza se imagina interrumpido por deseos divinos o testimonios personales de dudosa veracidad. No hay extraterrestres, ni hay telepatía, ni visionarios del futuro, entre otras cosas; tampoco gnomos y fantasmas. Cada vez que se ha requerido se ha probado la falsedad de estas cosas; no es evidente que un científico o un grupo de ellos acepte invertir su tiempo (y los recursos) en esas tareas.
Es difícil seguir la lógica de un ser superior justo y misericordioso, que contempla una sociedad injusta y desalmada que creó, con niños que fallecen de hambre o seres inermes que son víctimas de la violencia, mientras “escucha y atiende” plegarias individuales solicitando un favor que, usualmente, supone violar las leyes naturales que todos los días se verifican en los laboratorios del mundo, sin fallar, independientemente de nacionalidad, raza, género, idioma, o posición política.
Dícese que “todos los saberes son valiosos”, aunque la oración supone consenso en lo que es un “saber” y lo que tiene “valor”. La cultura moderna comprende todas las actividades humanas, como los estudios sobre la memoria y el átomo, la conciencia y el origen del universo y de la vida, el baile y las leyes del pensamiento; algunas cosas contribuyen a conocernos y mejorar nuestras perspectivas de supervivencia individual y colectiva, otras son irrelevantes y unas nos denigran y empobrecen.
Muchas de estas actividades son ciertas y otras falsas, unas son complementarias y otras son contradictorias. La música y la física se complementan, como la biología y la escultura o la química y la literatura. La ciencia y la religión se contraponen.
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Ramón Peralta y Fabi
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → Peralta y Fabi, Ramón. (2011). Ciencia y religión, ¿complementarias o contrapuestas? Ciencias 103, julio-septiembre, 12-14. [En línea]
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Daniel Piñero y José Sarukhán Kermez
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Una de las controversias más importantes y descarnadas en la
teoría de la evolución es la que ha confrontado, en su intento por explicar la diversidad biológica, a la selección natural (un proceso determinístico) y la deriva génica (un proceso aleatorio contingente a la historia). En particular, dos han sido los campos de batalla de este debate. El primero, el más sangriento en biología, ocurrió —y en menor medida se mantiene— en el ámbito de la evolución molecular, cuando Motoo Kimura y Richard Lewontin protagonizaron, en los años sesentas y setentas del siglo pasado, la primera gran confrontación. Más recientemente, Matthew Hahn reivindicó una visión predominantemente “seleccionista”, en la cual propone que el hitchhicking (genes neutros que “viajan de aventón”, ya que cambian de frecuencia por la selección de genes cercanos a ellos en el cromosoma) y la falta de recombinación en algunas de las regiones del genoma producen una “firma” (señal), que se estima posee una variación genética menor a la que se esperaría bajo un modelo estrictamente neutro.
En el segundo campo de batalla —menos intenso al interior de la biología pero ampliamente difundido en ciertos medios—, sus protagonistas fueron, por un lado, Niles Eldredge y Stephen Jay Gould con la llamada “teoría de los equilibrios puntuados”, y por el otro los defensores de la tradicional “síntesis moderna”. Dos son los aspectos que provocaron revuelo entre la comunidad: uno se refiere a lo súbito del proceso de “especiación” (la formación de nuevas especies), que bajo un modelo darwinista ocurriría en forma más lenta; el otro es la “estasis”, cuya evidencia es el pequeño cambio morfológico que presentan los linajes en el registro fósil. Ciertamente, hay dos procesos que pueden acelerar la evolución: la incompatibilidad cromosómica, que produce nuevas especies por hibridación poliploide y especiación recombinatoria —tanto en plantas como en animales; y la deriva génica, que generaría aislamiento reproductivo en un paisaje neutral o cambiaría el pico adaptativo de una especie al moverla a otro pico, cruzando un valle no adaptativo por la fuerza de un pequeño tamaño poblacional.
La controversia entre la selección natural (la importancia de lo que se “necesita hacer”) y la deriva génica (la relevancia del azar) es una buena metáfora de lo que ocurre frecuentemente en el quehacer de la ciencia. Esto es, por un lado hay investigaciones que se inician por selección natural, lo que ahora se llama “investigación por demanda” de un sector, realizadas bajo criterios que aparecen en las convocatorias y que son definidos por el sector que utilizará la información. A nivel internacional estos programas de investigación son del tipo del que llevó a la generación de la bomba atómica o las agendas ambientales que se acuerdan en reuniones de organizaciones internacionales como la onu y la ocde.
Por otro lado, hay investigación que se desarrolla en forma más o menos azarosa, un tanto aislada de la sociedad, ya que busca explicaciones a procesos de poca demanda en sectores sociales, por lo que allí ocurre algo similar al proceso de “deriva génica”: se genera investigación original que a veces llega a tener un enorme impacto social, aun cuando no fue desarrollada para ello —como ocurrió con los experimentos de Mendel y, más recientemente, con algunos algoritmos que se usan en los buscadores de internet o aspectos del equilibrio de la teoría de juegos no cooperativa y su impacto en la economía, que le merecieron el premio Nobel a John F. Nash.
Así, los sistemas de investigación deben tener un aspecto asociado a su aplicación y otro a la creatividad de los grupos. Esta dualidad, que difícilmente se llega a consolidar, es un anhelo de todos los centros de investigación. Mantener el equilibrio entre ellos es entonces un reto no fácil de lograr. Muchas veces vemos que hay instituciones en donde predomina la investigación por demanda y la creatividad no tiene casi cabida. El caso contrario también es frecuente, particularmente en las universidades, donde la creatividad predomina pero es criticada por la falta de vinculación con la sociedad que la mantiene generosamente.
La deriva génica y el efecto fundador
La historia de la ecología mexicana se puede iniciar en 1945, con los esfuerzos que desde la Sociedad Botánica de México hicieron Efraim Hernández Xolocotzi, Maximino Martínez, Jerzy Rzedowski y Faustino Miranda. La influencia de estos pioneros de la biología, la agronomía y la ecología misma en el origen del Instituto de Ecología de la unam es evidente. La trayectoria de ellos ha sido estudiada y queda claro que en ellas hay componentes históricos asociados con aspectos sociales y personales que los llevaron a concebir la importancia de estudiar los fenómenos de los ecosistemas.
La combinación inicial, cuando era Centro de Ecología, incluyó varias subdisciplinas: la ecofisiología, la ecología de poblaciones, la biología de la conservación, la ecología teórica, la genética y la estadística. Este énfasis en mantener un rigor en cuanto a los aspectos internos de la labor científica se puede apreciar en una alocución pronunciada por Faustino Miranda el 10 de abril de 1958, cuando fue nombrado miembro honorario de la Sociedad Botánica de México: “en primer lugar, debe saberse que el trabajo científico es arduo; precisa de mucha constancia y dedicación […] La constancia en el trabajo y dedicación paciente del científico necesitan ejercerse en varios sentidos. Uno muy importante es el conocimiento previo, lo más profundo posible de las bases y técnica que son el fundamento mismo de la ciencia en que está trabajando, al lado del de la rama o ramas en que se haya especializado. Sin conocimientos previos suficientes, su trabajo puede resultar estéril […] Otro aspecto del trabajo científico consiste en seguir una conducta científica, la cual tiene dos fundamentales características: sinceridad y precisión. En el trabajo científico no caben engaño ni simulación; más pronto o más tarde éstos quedarán al descubierto, pues el científico, más que ninguna otra persona, es reconocido por su obra y los datos científicos publicados son comparables en todo momento. Es también mala norma científica la precipitación, ya que sólo la meditación cuidadosa da al trabajo científico la precisión necesaria, permitiendo eliminar juicios erróneos en que es fácil incurrir cuando nos enfrentamos por primera vez con determinado problema […] En este punto podremos hacer intervenir otro instrumento científico que debemos saber manejar: se trata de la experimentación. Ésta sólo podrá emplearse cuando los términos de un problema son fenómenos que pueden ser reproducidos y manejados por nosotros en conveniente dirección […] Es en efecto, base de toda la filosofía científica que los fenómenos espaciales evolucionan en el tiempo de tal manera que todas las veces que se presente una misma combinación de los mismos fenómenos las resultantes en un tiempo dado serán también las mismas. Debe tenerse en cuenta que no existe jamás en la naturaleza igualdad absoluta entre fenómenos separados en espacio o tiempo, pero sí hay aproximaciones a la igualdad que son manejadas por los científicos en forma de abstracciones. En consecuencia, aunque los fenómenos no son nunca idénticos, las abstracciones de fenómenos semejantes sí lo son, y pueden por ello ser sometidas a un análisis lógico. Este método ha sido usado con éxito por los científicos y seguirá siéndolo. De él deriva la posibilidad de comprobación y previsión sin las cuales la ciencia no tendría sentido”.
La selección natural
El esfuerzo que hicieron los pioneros de la Sociedad Botánica de México tenía como propósito el describir la enorme diversidad que hay en México, tanto de ecosistemas —tipos de vegetación, les llamaban ellos—, como de especies. Faustino Miranda, maestro de Arturo Gómez Pompa, fue el pionero en la investigación ecológica en el país. La docencia, no obstante, inició en la década de los cincuentas en la Facultad de Ciencias de la unam cuando, en una de las pocas ocasiones en que se ha modificado el plan de estudios de la carrera de Biología, Enrique Rioja LoBianco, especialista en invertebrados, comenzó a impartir la materia de ecología —Carlos Vázquez Yanes describió su visión de ello en una nota publicada en esta misma revista, y menciona que Arturo Gómez Pompa fue de los primeros estudiantes de esa materia y quien la impartió más frecuentemente en los años posteriores, lo que hace de él un pionero tanto en la docencia como en la investigación en ecología en la unam.
La figura de Faustino Miranda se puede considerar así como fundamental en el desarrollo de una escuela de ecología tropical en México, medio académico en donde la selección natural ya jugó un papel fundamental, no solamente porque se han llevado a cabo numerosos programas de investigación, sino porque se ha transmitido a distintas generaciones una pasión particular por los ecosistemas tropicales mexicanos, en especial por las selvas altas perennifolias. Esta vocación de formación de nuevos investigadores era parte medular de las preocupaciones de Faustino Miranda, como se aprecia en el discurso que pronunció el 10 de abril de 1958, cuando recibió el nombramiento de socio honorario de la Sociedad Botánica de México: “cada vez se necesitan en México más personas que trabajen en el campo científico. La ciencia es universal pero todo progreso nacional, de la actual organización de la humanidad, es resultado y es concomitante con el progreso científico nacional. No es posible obtener en esto más que ayuda limitada del exterior. Como cada individuo, cada nación tiene que entender a sus propias necesidades […] Todavía se hace mayor la urgencia de la formación de más científicos en México por la siguiente razón. Con el progreso de muy eficientes armas de destrucción, el mundo se encuentra en una situación difícil. La posibilidad de que nuestros hermanos mayores en el progreso científico se anulen a sí mismos está presente. Los tesoros de los conocimientos acumulados por la humanidad y la responsabilidad por su uso pueden quedar en manos de los hermanos menores, de los pueblos marginales de la actual civilización. Estos pueblos deben estar preparados para esta emergencia”.
La selección natural pasa entonces por la formación de profesionistas, pero también por las directrices nacionales de investigación. Sobre ello abunda Faustino Miranda al referirse, en ocasión de la entrega del Premio Chiapas el 1 de diciembre de 1953, a la conservación de la biodiversidad de ese estado: “es dicho problema, el de la conservación de los ricos recursos de toda índole con que cuenta Chiapas. Conservación de sus monumentos arqueológicos, de sus variadas tradiciones indígenas, de sus espléndidos paisajes, de sus ubérrimas selvas, de sus notables y vistosos animales salvajes. Especialmente urge la conservación de selvas y bosques, de cerros y serranías, pues ellos representan el agua para los lugares bajos; agua para el hombre, agua para el ganado y agua para los cultivos. Si no hay selvas ni bosques en los lugares altos, en los bajos sobrará agua durante las lluvias, produciéndose desastrosas inundaciones, y faltará completamente durante las secas; y sin agua no es posible la vida. Además, las selvas y los bosques son esencial elemento del paisaje […] Conservemos, pues, estos ricos dones de la naturaleza mientras todavía es tiempo. Que todo chiapaneco sea un ardiente propagandista en la cruzada por la conservación de los recursos naturales de Chiapas, especialmente de sus selvas y sus bosques”.
La coalescencia
Las subdisciplinas científicas se desarrollan en un ambiente aislado, normalmente sin interacción de unas con otras, siguiendo una tradición. El avance al interior de cada una de ellas (lo que podríamos llamar “anagénesis”) es muy importante. No obstante, hay avances cualitativamente diferentes que se llevan a cabo por medio de la hibridación o coalescencia de linajes y tradiciones científicas. De la misma manera, la tarea de institucionalizar un grupo de investigación requiere el esfuerzo de un conjunto de linajes; la labor individual no es suficiente, aunque sí fundamental para que esto se pueda llevar a cabo. Debe entonces ocurrir un proceso de coalescencia de las diferentes tradiciones científicas que conforman el grupo.
Esta parte del fenómeno produce una anastomosis de ellas en la que se pierde su identidad —la aparición de la genética a partir de las tradiciones de los “hibridólogos” y de los mejoradores de plantas y animales es un ejemplo de ello. La coalescencia es sin duda el proceso más complicado, ya que se debe incorporar los lineamientos sociales de la investigación a las diferentes tradiciones científicas, normalmente generadas por un efecto fundador y de deriva génica.
En el momento de su conversión a Instituto, hacia finales de 1996, el personal académico del Centro de Ecología constaba de 64 miembros (19 técnicos y 45 investigadores). Su conversión a Instituto fue un proceso sencillo, con pocas observaciones, y rápido en su paso por las diferentes instancias de evaluación académica, tanto por el Consejo Técnico de la Investigación Científica como por el Consejo Universitario. Ha sido una de las transiciones de Centro a Instituto de más corta duración en la unam, de alrededor de ocho años. Un par de razones influyeron en que el periodo de existencia del Centro fuese relativamente corto: por un lado, el crecimiento cualitativo y cuantitativo de su planta académica y, por el otro, su productividad en términos de publicaciones originales en revistas de buen nivel y en cuanto al ritmo de formación de alumnos de posgrado.
Las restricciones del proceso evolutivo
Podemos usar las “redes genéticas” para entender dicho aspecto del desarrollo del Instituto de Ecología. Si tenemos una red en donde los nodos son genes y sabemos que las interacciones que ocurren en ella pueden ser de encendido o apagado, una primera conclusión sería que deben existir los llamados “sumideros”, que predicen la situación del sistema (como el número de pétalos en una flor) a partir de las relaciones regulatorias existentes entre los genes en una red. Esto es fundamental, debido a que el universo de posibles variantes en un espacio morfométrico está limitado por la naturaleza de las interacciones genéticas —aunque hay propuestas de estudiosos de la morfología que no usan redes genéticas en donde no todo el espacio morfológico se puede explorar, y otras formuladas desde una visión del desarrollo y la mutación, en las cuales no todas las formas posibles se llegan a generar en la naturaleza, como es el caso del número de dedos en los vertebrados.
Esta metáfora se puede usar para entender la forma en que se desarrollan los grupos de investigación, como es el caso de la creación del Instituto de Ecología de la unam, donde un proceso de esta naturaleza ocurrió. Sin duda, estos procesos pueden compararse en su aspecto externo con uno de autoorganización —en el que la selección natural y la deriva génica no tendrían ninguna importancia, ya que estarían limitados en sus posibilidades de acción. Supongamos que tenemos la combinación correcta del “efecto fundador” (Faustino Miranda) y que la selección natural está representada por el fortalecimiento de la ecología en la mente de varios de los agentes que la favorecen. Este proceso no existiría obviamente si tuviéramos un ambiente restringido, que no permitiera su desarrollo. Por ejemplo, si en la institución donde apareciera el efecto fundador y existiera la selección natural no ocurrieran las interacciones con personas sensibles a la iniciativa, el proyecto no prosperaría. Podemos pensar que, en ese sentido, estaría constreñido a ocurrir sólo en ciertas condiciones, de la misma manera en que lo está el número de dedos en los vertebrados.
Así, algunas de las preguntas relacionadas con el proceso de generación de un grupo de investigación tienen respuestas asociadas a tales restricciones, las cuales están determinadas por las interacciones de los agentes participantes en el proceso, tal y como sucede con los genes en una red de regulación genética. Por ejemplo, ¿cuál es el tiempo necesario para institucionalizar una disciplina en una universidad o en un país? Es un tiempo largo. Las universidades son instituciones tradicionales, en el espíritu de los académicos se encuentra un aspecto tradicional y conservador que tiene que ver con los fundamentos de sus campos del conocimiento. Lo nuevo se ve con duda y resquemor.
Es por ello que la institucionalización pasa por la aprobación de los pares al interior del campo de conocimiento, pero también por la aceptación de académicos de otras áreas. La unam tiene procedimientos para generar nuevos campos del conocimiento en distintos niveles, ya sea por medio de la impartición de nuevas asignaturas, la generación de nuevos programas de posgrado, la creación de departamentos, centros e institutos académicos. Esta dinámica favorece la sinergia en la aparición de proyectos y áreas nuevas, pero al mismo tiempo incorpora restricciones que continuamente se presentan en las iniciativas que los académicos plantean para desarrollar e institucionalizar diferentes campos del conocimiento.
¿El futuro es como el pasado?
De la misma manera en que hemos visto el desarrollo del Instituto de Ecología podríamos ver su futuro. Se requiere que el efecto fundador continúe, que los investigadores sigan generando ideas originales, que formen nuevos programas académicos. Asimismo, es necesario que siga existiendo la selección natural en la forma de proyectos o planes de desarrollo hacia el futuro y que incluyan en forma importante la relevancia social y la vinculación con el resto de la sociedad. Esto último se encuentra permanentemente constreñido por la auto-organización de la red de interacciones de los agentes que participan en el proceso de cambio, ya sean internos o externos al grupo.
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Referencias bibliográficas
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Dawkins, R. 1996. The blind watchmaker: Why the evidence of evolution reveals a universe without design? W. W. Norton & Company, Nueva York.
Hahn, M. 2008. “Towards a selection theory of molecular evolution”, en Evolution, núm. 62, pp. 255-265.
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Miranda, F. 1958. “Expresión femenina” (discurso pronunciado el 10 de abril de 1958), en Mujeres (Suplemento Cultural), núm. 317, 31 de mayo de 1977, pp. 28-29 (disponible en: http://dieumsnh.qfb.umich.mx/discurso_2.htm).
______. 1953. Discurso pronunciado en la entrega del premio Chiapas el 1° de diciembre de 1953 (en: http://dieumsnh.qfb.umich.mx/discurso_1.htm).
Vázquez-Yanes, C. 2000. “La primera cátedra de ecología”, en Ciencias, núm. 57, pp. 46.
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Daniel Piñero
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es Biólogo y Maestro en Ecología por la Facultad de Ciencias de la unam, y Doctor en Genética por la Universidad de California, Davis. Trabaja en Genética de poblaciones. Fue director del Centro (y luego Instituto) de Ecología de 1988 a 2001.
José Sarukhán Kermez
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es Biólogo por la unam, Maestro en Ciencias Agrícolas por el Colegio de Postgraduados, y Doctor en Ecología por la Universidad de Gales. Especialista en ecología vegetal de poblaciones y sistemas, y biodiversidad; actualmente coordinador de la conabio.
como citar este artículo → Piñero, Daniel y Sarukhán Kermez, José. (2011). Deriva génica, selección natural, coalescencia y restricciones evolutivas en el Instituto de Ecología. Ciencias 103, julio-septiembre, 70-77. [En línea]
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Elena Álvarez-Buylla, Ana Luisa Anaya, Víctor L. Barradas, Mariana Benítez, Julio Campo, Rocío Cruz Ortega, Alicia Gamboa, Adriana Garay Arroyo, Berenice García Ponce de León, Ana Mendoza, Rigoberto Pérez, Alma Orozco, María Esther Sánchez Coronado, Mari Paz Sánchez Jiménez y Enrique Solís
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Es evidente el deterioro ambiental que se percibe a escala local y a corto plazo, así como el que se vislumbra por efecto del cambio climático global. Ambos constituyen retos fundamentales para las ciencias ecológicas y la supervivencia de la vida sobre la Tierra. Para hacer frente a estos retos se requiere nuevos paradigmas en biología, tales como la ecología y evolución del desarrollo, el estudio de los sistemas complejos y las ciencias de la sustentabilidad. Estos tres ejes de estudio de los sistemas ecológicos son sustento conceptual y motor de las investigaciones que se realizan en nuestro departamento.
Los sistemas complejos
Gracias al avance en el estudio de los sistemas biológicos ha quedado demostrado que el mundo vivo no se puede entender con modelos simples, relaciones de causalidad que relacionan una a una las variaciones en el comportamiento de los múltiples componentes de cualquier sistema vivo y de manera proporcional o lineal, en función del ambiente y sus perturbaciones. Esto es válido para todos los niveles de organización de la vida: desde los genes, las redes reguladoras o metabólicas y el funcionamiento y la diferenciación de las células, hasta los fenómenos ecosistémicos y globales —por ejemplo, aquellos que rigen la relación de los vegetales con los cambios atmosféricos, uno de los temas importantes de nuestras investigaciones.
Históricamente, la ciencia se ha dedicado principalmente a descomponer los sistemas en sus partes más pequeñas y a estudiar su comportamiento de manera aislada o, cuando mucho, en interacciones pareadas. A este enfoque se le conoce como “reduccionismo” y es útil, pero no suficiente para entender el comportamiento de los complejos sistemas biológicos.
La ciencia ahora se aboca también al estudio de las interacciones de muchos o todos los componentes de un sistema y de su comportamiento colectivo. Esto ha permitido estudiar cómo se autoorganizan los elementos que interactúan en un sistema y llegan a dar lugar a ciertos patrones y regularidades emergentes, una característica de los sistemas complejos. Por ejemplo, el desarrollo de los organismos es regular, pero no es simple, y sus patrones emergen como resultado de la acción concertada y compleja de muchos componentes genéticos, epigenéticos (cambios heredables aunque no codificados en el adn), celulares, etcétera.
Desde la perspectiva de los sistemas complejos se puede analizar procesos micro, meso y macroscópicos. Por ejemplo, es posible elaborar algoritmos que ayuden a entender el efecto de los genes en rasgos visibles (en el fenotipo), y así poder entender el desarrollo, la ecología y la evolución.
Ecofisiología y evolución del desarrollo
El desarrollo es el proceso mediante el cual una célula fecundada o un cúmulo de células indiferenciadas (como las meristemáticas en las plantas) se diferencian y arreglan espaciotemporalmente en las estructuras tridimensionales de un organismo adulto en animales o en una estructura de una planta. El genotipo se expresa en los rasgos visibles que conforman el fenotipo de un ser vivo mediante mapeos complejos. En este proceso, al igual que durante el crecimiento, los seres vivos están expuestos a interacciones con otros seres vivos y a factores ambientales que también afectan su desarrollo. El estudio de tales relaciones se conoce como ecología del desarrollo.
La ecología del desarrollo reconoce que los procesos de diferenciación celular y morfogénesis dependen también de las condiciones ambientales en las cuales ocurren. En el marco conceptual de esta disciplina integradora se encuentran los nuevos hallazgos de la genética molecular y la epigenética (de las modificaciones químicas del adn a las redes genéticas), así como de la ecología y evolución de la plasticidad fenotípica, aportando nuevos enfoques y perspectivas para el estudio en ecología, genética, evolución, biología de la conservación, biología del cáncer y medicina. De hecho, en contraste con la visión centrada en los genes o “genocentrista”, los datos recientes apuntan a que el desarrollo es un conjunto de procesos de sistemas complejos dinámicos “anidados” (es decir, contenidos unos en otros), en donde la emergencia y la autoorganización son importantes y la interacción de factores genéticos, epigenéticos y ambientales, tanto bióticos, como abióticos, puede ser fundamental en el fenotipo adulto resultante.
Nuestras investigaciones han cristalizado en los primeros modelos de redes de regulación genética ancladas y validadas con datos de genética molecular para estudiar los procesos de diferenciación celular y morfogénesis en Arabidopsis thaliana (Brassicaceae), que es un sistema vegetal modelo.
Las redes de regulación genética propuestas exhiben comportamientos emergentes —la robustez, por ejemplo— ante perturbaciones tales como las mutaciones genéticas. Dichos comportamientos emergentes son cruciales para entender la plasticidad, las respuestas de las plantas ante diversos retos ambientales y la evolución de las formas vivas.
Las plantas son organismos sésiles y han desarrollado diversas estrategias que les permite adaptarse de manera plástica a las condiciones del medio que van experimentando a lo largo de su ciclo vital. Además, los vegetales no concluyen el desarrollo en su etapa embrionaria, como los animales, sino que van modificando su morfología en función de las condiciones ambientales que enfrentan a lo largo de su vida.
La regulación epigenética consiste en cambios que pueden ser hereditarios y se expresan en ciertos genes sin que se altere la secuencia de adn; esto ocurre por medio de las modificaciones postraduccionales de las histonas (proteínas que empaquetan el adn y conforman la estructura de la cromatina) como la acetilación, metilación, fosforilación, ubiquitinación, etcétera. Este tipo de regulación parece tener un papel fundamental en los procesos de adaptación al medio. En A. thaliana existen varios ecotipos cuyas peculiaridades en el desarrollo dependen del hábitat en que crecen, principalmente en el hemisferio norte. Con estos ecotipos estudiamos el papel de los mecanismos epigenéticos en la regulación de factores transcripcionales tipo madsbox como modelo de estudio.
Ya que en cualquier organismo pluricelular la morfogénesis depende de que haya un balance entre la tasa de proliferación y la diferenciación celular, hemos empleado A. thaliana para entender los procesos de desarrollo que están implicados en dicho balance, que es emergente en los sistemas morfogénicos. Más aún, debido a que este comportamiento es particularmente robusto en las plantas, su estudio puede brindar información importante respecto de cómo evitar la ruptura de tal balance y, con ello, el concomitante surgimiento de malformaciones y tumoraciones.
En cuanto a la gran mayoría de las enfermedades —que también son sistemas complejos y emergen como resultado de la interacción de los organismos con el ambiente circundante e implican cambios tanto genéticos como epigenéticos, ambos potencialmente heredables—, hemos iniciado una colaboración con el Instituto Nacional de Medicina Genómica para realizar estudios comparativos de redes genéticometabólicas en plantas y algunos tipos de cáncer con el fin de usar las primeras como sistemas experimentales vivos para explorar las bases complejas de la ruptura del equilibrio entre proliferación y diferenciación celular en diversas condiciones metabólicas y ambientales.
El desarrollo no puede explicarse solamente en términos de los genes y sus interacciones con componentes en el cigoto, o de las células indiferenciadas en un meristemo vegetal. Es necesario entenderlo en interacción constante con el ambiente en que se desenvuelve un ser vivo. Por ello, los estudios de ecología fisiológica y del desarrollo son fundamentales para entender la ecología de las especies bajo estudio.
Específicamente, nos hemos enfocado en estudiar los cambios metabólicos que tienen lugar en semillas de diferentes especies de plantas cuando son sometidas a distintas condiciones de humedad, particularmente con relación a la movilización de sustancias de reserva. Estamos comparando los transcriptomas (conjunto de genes transcritos o expresados en cierto momento) de semillas de A. thaliana y de Wigandia urens (Hydrophyllaceae) que hayan crecido tanto en el medio silvestre como cultivadas en laboratorio. Los resultados de tales análisis permitirán entender mejor el acondicionamiento natural que lleva a una mayor velocidad de germinación y un mejor desempeño de las plántulas de las especies estudiadas.
En las angiospermas, el llamado tiempo de floración es un proceso en el que intervienen señales endógenas dependientes del estado de desarrollo, pero que resultan fuertemente influenciadas por las condiciones ambientales o estacionales. Pese al gran esfuerzo que se ha puesto en entender la transición a la floración, aún no conocemos del todo sus bases genéticomoleculares y fisiológicas. Nosotros utilizamos plantas mutantes y líneas de sobreexpresión de genes de la familia madsbox para contribuir al conocimiento de las redes genéticas que participan en este proceso. Ya hemos caracterizado varios nuevos genes reguladores de la transición a la floración.
Otra familia de proteínas reguladores del desarrollo son las duf642, privativas de las plantas, y cuyas funciones eran desconocidas hasta antes de nuestros estudios. Nos interesa entender su función en la germinación y en otras etapas del desarrollo vegetal. Esta familia de proteínas parece ser importante en diversas etapas del desarrollo, es específica de plantas con semillas (gimnospermas, como pinos y cipreses) y con flores (angiospermas), y está muy conservada. Las proteínas estudiadas hasta el momento se encuentran localizadas en las paredes celulares de las plantas, que son compartimentos dinámicos y cambian tanto en composición como en estructura durante el desarrollo en respuesta a señales ambientales.
El estudio de los sistemas vivos y ecológicos bajo el enfoque de las ciencias de la complejidad está ayudando a formular nuevas preguntas, obteniendo novedosas respuestas e impulsando la biología integrativa en una perspectiva ecológica y evolutiva.
La evolución del desarrollo individual
La acción de los genes en los patrones y procesos de desarrollo y los rasgos del fenotipo de los organismos vivos son expuestos a las fuerzas evolutivas en un largo plazo, dando lugar a la evolución del desarrollo. Estudiarlo es entonces fundamental para la biología evolutiva porque: 1) algunos rasgos o genes cruciales en los procesos de diferenciación celular o morfogénesis pueden ser útiles para reconstruir la historia filogenética de los organismos. Esto es cierto, a pesar de que sabemos que el desarrollo de un organismo no recapitula su historia evolutiva; 2) las particularidades del desarrollo de un linaje particular pueden restringir la evolución y explicar por qué hay combinaciones de estructuras que no se dieron durante la evolución —por ejemplo, tetrápodos con alas como extremidades adicionales; y 3) explicar cómo es que las mutaciones pequeñas pueden ocasionar cambios grandes en los fenotipos.
Investigamos un caso paradigmático de este último tipo: las causas proximales (mecanismos moleculares) y la últimas (evolutivas) del plan floral único de Lacandonia schismatica, cuya flor tiene los estambres centrales rodeados de carpelos, en contraste con lo que ocurre en la mayor parte del resto de las angiospermas hermafroditas, que tienen las estructuras femeninas (carpelos) en el centro. El cambio de patrón espaciotemporal de la expresión de un gen homeótico (cuya mutación determina un cambio en la posición de una estructura espacial por otra estructura de distinta identidad) parece ser la base del fenotipo floral único de esta especie endémica de los bosques tropicales chiapanecos.
La ecología química
Las interacciones que las plantas establecen entre sí, con su medio y con otros organismos, intermediadas por sustancias químicas (aleloquímicos y feromonas) pueden ser cruciales para comprender los patrones emergentes en comunidades vegetales. Estas substancias están constituidas por compuestos provenientes de las vías metabólicas secundarias, las cuales se encuentran a su vez íntimamente relacionadas con las vías que dan origen a los metabolitos primarios. El papel de los metabolitos secundarios es vital, ya que enlazan a los seres vivos en una red que subyace a la dinámica de los individuos, poblaciones, comunidades y ecosistemas.
La alelopatía se define como “cualquier proceso que involucre metabolitos secundarios producidos por plantas, algas, bacterias y hongos, y que influya sobre el crecimiento y desarrollo de sistemas biológicos”. Los estudios de alelopatía en México se iniciaron en la estación biológica de la unam en los Tuxtlas, Veracruz, dentro del proyecto “Regeneración de selvas” dirigido por Arturo GómezPompa. La pregunta básica en esos estudios se refería a la importancia del potencial alelopático o aleloquímico de algunas plantas en la dinámica de la sucesión secundaria. Uno de los primeros resultados fue que Piper auritum (Piperaceae) inhibe la germinación y crecimiento de otras plantas por medio del ßpineno, y que Ambrosia cumanensis (Asteraceae) produce y libera al medio lactonas sesquiterpénicas que, dependiendo de su concentración, inhiben o estimulan el crecimiento de otras plantas y de ella misma, contribuyendo así a autocontrolar a su población.
Actualmente estamos realizado estudios de ecología química en la Reserva Ecológica El Edén, Quintana Roo, en donde los árboles poseen defensas químicas muy efectivas. Los metabolitos secundarios de la rutácea Stauranthus perforatus y la euphorbiácea Sebastiania adenophora desempeñan un papel multifuncional de gran importancia para las interacciones ecológicas, y que los aleloquímicos pueden también ser fundamentales para los hongos micorrízicoaarbusculares y los endófitos —que constituyen un vasto campo de investigación y una fuente potencial de compuestos susceptibles de ser utilizados como plaguicidas, reguladores del crecimiento, medicinas y otras drogas.
Los estudios de alelopatía también son cruciales para entender la dinámica de los agroecosistemas. Nuestros estudios han mostrado que en los agroecosistemas tradicionales la heterogeneidad biótica se corresponde a su vez con una heterogeneidad química, y ambas, en sí mismas, constituyen formas de protección, determinadas también por la gran disponibilidad de pequeños hábitats y las numerosas fuentes de alimento. Este tipo de sistemas de policultivo son mucho más resilientes que los monocultivos.
En un cafetal tradicional bajo sombra en Coatepec, Veracruz, cuya estructura es semejante a la de un bosque templado caducifolio, encontramos que el suelo bajo los cafetos (Coffea arabica, Rubiaceae) contiene compuestos capaces de inhibir el crecimiento de algunas plantas que conviven con ellos. Asimismo, en una chinampa tradicional de Xochimilco encontramos que el control de las malezas se ejerce por la mezcla de aleloquímicos de las diversas plantas que ahí crecen. El polen del maíz es fuertemente alelopático y al aplicarse sobre plantas modelo inhibe el crecimiento. Se hicieron investigaciones semejantes en Tlaxcala con un policultivo de maíz, frijol, calabaza y alfalfa rodeado de plantas cuyas hojas se utilizan como abonos verdes y que reducen la abundancia de malezas e incrementan la producción de frijol y calabaza.
También estamos estudiando las bases bioquímicas de la interacción alelopática de una maleza endémica de México, el “chayotillo” (Sicyos deppei, Cucurbitaceae) y el jitomate (Solanum lycopersicon, Solanaceae). Nuestros resultados revelan que los aleloquímicos retrasan la germinación del jitomate al interferir con eventos metabólicos necesarios durante su germinación, como la movilización de las reservas, el ablandamiento del micropilo y el catabolismo del aba. Estos resultados pueden ayudar a entender las interacciones de especies y el efecto de la inclusión de nuevas especies en un sistema.
Finalmente, estamos estudiando el comportamiento de algunas plantas que son importantes indicadores de la resiliencia de un ecosistema y pueden acumular metales tóxicos del suelo. La resiliencia es la capacidad de un sistema de absorber una perturbación, evitando el cambio a un nuevo estado estable o de equilibrio. Por ejemplo, el aluminio en su forma Al3+ es tóxico, pero bajo condiciones de ph ácido se solubiliza en el suelo y entonces puede ser absorbido por algunas plantas. La acidez del suelo se puede dar por razones naturales o por un uso excesivo de fertilizantes nitrogenados. Hemos encontrado que Conostegia xalapensis (Melastomataceae) es capaz de crecer en suelos ácidos con altas concentraciones de Al3+, como los de los potreros y selvas secundarias o acahuales, pero no en el bosque tropical primario, en cuyo suelo no se encuentra este elemento.
La interacción de las plantas y la atmósfera
Los estudios sobre las interacciones de las plantas y la atmósfera son relevantes para entender la forma en que los distintos comportamientos ecofisiológicos se aprecian en los patrones de distribución y abundancia de las plantas. Asimismo, estos estudios sirven para analizar los efectos que en el ambiente puede tener la perturbación de los diferentes ecosistemas por el cambio de uso del suelo y las relaciones que se puedan dar mediante la retroalimentación que tiene lugar entre el ambiente y el sistema vegetal (asva). Tales relaciones deben entenderse también para la restauración, la conservación ecológica y el manejo de recursos.
Estamos formulando modelos de carácter físicobiológicoecológico que permitan predecir o simular escenarios hipotéticos de captura de agua y bióxido de carbono cuando cambia el uso del suelo y se introducen nuevas especies de plantas productivas en ecosistemas naturales, así como para estudiar los posibles efectos de diferentes tipos de manejo de recursos.
Frente a los escenarios de cambio climático es imperativo estudiar cómo las actividades humanas pueden impactar la sustentabilidad de los ecosistemas al modificar la cobertura vegetal y alterar el ciclo de los elementos. Los bosques tropicales son, tanto globalmente como a escala nacional, los ecosistemas que sufren mayor presión humana en cuanto a su extensión por las actividades agrícolas y ganaderas. Tales ecosistemas ejercen una influencia desproporcionadamente grande sobre el ciclo del carbono terrestre. Aun cuando estos bosques ocupan aproximadamente sólo la décima parte de la superficie terrestre, contienen más de 40% del carbono en la biósfera terrestre, y participan con al menos un tercio del intercambio anual de dióxido de carbono (co2) entre la atmósfera y la biósfera, así como del carbono orgánico almacenado globalmente en los suelos. Por todo ello, los pequeños cambios en los flujos de co2 que ocurrieran en tales ecosistemas podrían tener impacto suficiente como para modificar el balance global de carbono, el clima y la composición atmosférica.
Nuestros estudios en Morelos y Yucatán han permitido determinar los principales factores ambientales que limitan la productividad de los bosques ubicados en esas regiones semiáridas, denominados bosques tropicales estacionalmente secos. Más recientemente se ha determinado también la capacidad de captura de carbono de tales bosques en Yucatán, buscando estrategias alternativas que permitan incrementar dicha capacidad.
Para la simulación de escenarios futuros es fundamental determinar si existen reglas de interacción de los bioelementos, y explorar qué tan robusto y flexible es el funcionamiento ecosistémico. Los modelos que se usarán para integrar estos datos a nivel ecosistémico son muy similares a los usados para el estudio de los sistemas complejos en niveles de organización inferiores como son las redes genéticas.
La sustentabilidad
El enfoque de los sistemas complejos es crucial para la generación de una nueva ciencia de la sustentabilidad. La mayor parte de nuestros proyectos están motivados por la intención de coadyuvar al manejo sustentable de los ecosistemas naturales y antropogénicos. Usamos enfoques tanto dinámicos y de sistemas complejos —adoptando una postura “precautoria” en torno a las posibles afectaciones al ambiente— así como una visión alternativa que busca lograr transformación sustentables basadas en el desarrollo, la adaptación dinámica y la mitigación a partir de la innovación tecnológica.
Dado que un uso ineficiente de los recursos naturales eventualmente puede llevar a puntos de no retorno en las comunidades vivas o en los ecosistemas, debemos más bien enfocarnos en la resiliencia de los ecosistemas como criterio de sustentabilidad para evitar, por ejemplo, que a un bosque tropical —con una gran diversidad de especies— una perturbación lo deje dominado por una sola especie como Pteridium aquilinum, un helecho que produce químicos que inhiben (alelopáticos) el crecimiento de otras plantas.
Es decir, al maximizar la eficiencia de algún componente en un sistema complejo sin considerar sus interacciones con otros se le puede llevar a deshacerse de la redundancia, que confiere resiliencia —y robustez— al sistema ecológico, esto es, su capacidad de permanecer sustentable.
En el mismo sentido, pero en otra escala, se puede alterar la robustez de las redes genéticas y de los procesos del desarrollo, por ejemplo, al efectuar modificaciones genéticas (por medio de la biotecnología) que solamente buscan la producción eficiente de alguna proteína. Este cambio en la robustez puede hacer que, al ser liberado el organismo en el ambiente natural, las redes afectadas produzcan cambios fenotípicos no esperados, generando así una afectación que puede ser irreversible en una escala macro. Este aspecto nos ha preocupado mucho, pues la liberación de transgénicos puede afectar de manera no deseable e irreversible la diversidad de cultivos en sus centros de origen (como es el caso del maíz en México).
Por otra parte, los umbrales a los cuales cambia un ecosistema de un estado a otro pueden ser afectados por el ser humano. Esto sucede cuando los seres humanos tratan de controlar un sistema o lo alteran extrayendo uno o varios de sus recursos (por ejemplo agua, minerales, alguna especie vegetal o animal, o liberando transgénicos). Algunos de los nuevos estados son reversibles, pero otros no.
En algunos sistemas muy alterados, como el del Valle de México, hemos participado en proyectos de restauración para recuperar la resiliencia y los estados estables más deseables con base en los conocimientos profundos de la biología de las especies vegetales, que una vez reinstaladas pueden coadyuvar a la rehabilitación de elementos clave para la restauración de los ecosistemas. Ésta debe hacerse antes de que los sistemas estén demasiado perturbados y se haya pasado de cierto umbral, a partir del cual ya no es posible recuperar la resiliencia. Como dicen S. F. Gilbert y D. Eppel: “la relación de un organismo en desarrollo y sus entornos medioambientales es crucial para el futuro del planeta”.
La restauración ecológica
El valle de México se ha ido transformando en zonas industriales y habitacionales, con la consecuente deforestación y pérdida de sus áreas agrícolas. Con la desaparición de estos ecosistemas no sólo se pierde la biodiversidad, sino que se alteran o se pierden los servicios que proporcionan, como son la captación de bióxido de carbono, la producción de oxígeno, la fertilidad del suelo y, de manera muy importante, la captación e infiltración de agua para la recarga de los acuíferos que abastecen a la ciudad.
La Barranca de Tarango, en la delegación Álvaro Obregón, es un ejemplo de las acciones que se pueden emprender para restaurar y conservar los bosques del Distrito Federal. Mediante sistemas de información geográfica ha sido posible elaborar mapas de unidades geomorfológicas y de vegetación, con los cuales se ha identificado aquellas zonas que aún conservan parte de la vegetación original que consistía en bosque de encino. De las 161 especies de encinos reportadas para el país, 14 se encuentran en el D.F. y 50% de éstas se localiza en la Barranca de Tarango. Actualmente, tales especies son dominantes en los bosques remanentes. Los estudios sobre fenología realizados en ellos, la regeneración natural de encinos y la introducción de especies nativas (encinos, tejocotes y capulines) han brindado información relevante para la restauración. La caracterización de variables ambientales y edáficas, así como la elaboración de mapas de suelos, de las pendientes y su orientación son también fundamentales para llevar a cabo acciones de restauración ecológica en la zona.
Otros esfuerzos de restauración ecológica en el Ajusco Medio y en algunas zonas del trópico húmedo mexicano se han abocado a preparar artificialmente las plántulas para tolerar las condiciones adversas prevalecientes en los programas de restauración ecológica, y generar métodos que nos permitan incorporar los elementos del paisaje y usar aquellos desarrollados en la agricultura para producir plantas más vigorosas, capaces de enfrentar su ambiente. También se están identificando las principales limitaciones que impiden la regeneración de bosques tropicales en las áreas abandonadas del sureste y el centro del país, así como las potencialidades de diferentes especies nativas para favorecer el reestablecimiento rápido de la cobertura vegetal en zonas semiáridas.
Retos y perspectivas
Bajo el paraguas de los cambios paradigmáticos que resultan del estudio de los sistemas complejos, la ecología y evolución del desarrollo, y las ciencias de la sustentabilidad, nuestros estudios tienen en común el análisis de los patrones y procesos ecológicos a fin de desentrañar aspectos estructurales y funcionales que son clave para entender cómo se pasa, conecta o mapea de un nivel de organización inferior a otro superior —por ejemplo, de los genes a los fenotipos de los organismos, de las interacciones químicas de las plantas a los patrones emergentes en sus comunidades, o de éstas y la atmósfera a los ciclos biogeoquímicos o a los patrones del clima.
También combinamos estudios de lo proximal, que tratan de contestar el cómo —la genética molecular, la ecofisiología y el desarrollo— con estudios guiados por preguntas evolutivas últimas, que buscan contestar el por qué de un patrón o un proceso.
Cualquier actividad humana privada o pública debe ser vista como un sistema que está fuertemente acoplado social, ambiental y económicamente en diferentes escalas, desde la explotación de un recurso particular (por ejemplo, una especie de uso maderable), hasta una actividad extractiva privada o pública que impacta de manera más obvia todo un ecosistema (una mina), o desde el manejo tradicional de una comunidad, hasta la escala regional y global. En este sentido, la resiliencia debe ser considerada como una característica universal que cristaliza la sustentabilidad de un sistema natural y antropogénico.
El reto en las ciencias de la sustentabilidad es poner como eje rector el respeto y la recuperación de la resiliencia de los ecosistemas y el bienestar social con justicia para todos. Si el desarrollo humano sigue privilegiando la generación de dinero y la productividad por encima de los criterios de sustentabilidad e interés social nos iremos acercando a los umbrales de cambio a equilibrios estables no deseables en los ecosistemas, con pocas posibilidades de retorno.
Para ello es necesario privilegiar una visión precautoria, eminentemente científica, comprometida con el bienestar social y la sustentabilidad, así como con la búsqueda de estrategias de restauración ecológica. Pero también realizar actividades de vinculación que permitan crear conciencia acerca de esta dinámica perturbadora que resulta de planes de desarrollo no sustentables y de la intervención de tecnologías animadas primordialmente por el lucro. Aquellas que dependen y transforman a los seres vivos corren el riesgo de escaparse del control de sus “creadores” y desencadenar consecuencias irreversibles, no deseables e impredecibles, dada la naturaleza misma de los sistemas complejos que se intervienen.
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Referencias bibliográficas
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Elena Álvarez-Buylla, Ana Luisa Anaya, Víctor L. Barradas, Mariana Benítez, Julio Campo, Rocío Cruz Ortega, Alicia Gamboa, Adriana Garay Arroyo, Berenice García Ponce de León, Ana Mendoza, Rigoberto Pérez, Alma Orozco, María Esther Sánchez Coronado, Mari Paz Sánchez Jiménez y Enrique Solís.
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Todos los autores de este texto pertenecen al Departamento de Ecología Funcional del Instituto de Ecología de la unam en donde se estudian desde los genes y sus interacciones —para entender cómo se desarrollan los seres vivos bajo condiciones ambientales contrastantes—, hasta el funcionamiento de los ecosistemas y los efectos potenciales del cambio climático.
como citar este artículo → Álvarez-Buylla Roces, Elena y et. al. (2011). De los genes al cambio climático. Ciencias 103, julio-septiembre, 54-64. [En línea] |
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Gerardo Ceballos, Marisa Mazari Hiriart, Luis A. Bojórquez, Alberto Búrquez Montijo, Rurik List, María del Carmen Mandujano, Angelina Martínez Yrizar, Rodrigo A. Medellín, Francisco Molina Freaner, Clara Tinoco, Alfonso Valiente Banuet, José Sarukhán y Ella Vázquez-Domínguez
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Así, trabajamos con animales y plantas con el fin de evaluar la diversidad biológica con enfoques genéticos, filogenéticos y de filogeografía (esto es, análisis de la distribución espacial de los linajes génicos, algo fundamental para reconstruir la historia evolutiva de una especie). Destacan los estudios sobre mamíferos y cactos, y especies endémicas y en peligro de extinción. El impacto negativo de las actividades del ser humano se refleja en los cambios ocurridos en la estructura y la función de las poblaciones, comunidades y hasta en los ecosistemas, por lo que desarrollamos investigaciones tendientes a evaluar cómo se modifican ambas, así como los sistemas reproductivos de las plantas y su dinámica poblacional. Asimismo, tratamos de evaluar la situación actual y las estrategias de conservación de plantas como cactos y árboles de la selva baja, al igual que animales como ratones endémicos, bisontes, murciélagos y perritos de las praderas. Además hemos contribuido a la creación de áreas naturales protegidas como la Reserva de la Biósfera Janos en Chihuahua, el ordenamiento ecológico y el impacto ambiental de obras de infraestructura en algunas regiones del país, así como el uso y manejo del agua y sus implicaciones en la salud humana. Nuestras labores van de las escalas locales y regionales, como una cueva en Michoacán o una pradera en Chihuahua, las selvas de la Isla Cozumel o de Chamela en Jalisco, y el Valle de TehuacánCuicatlán, hasta las globales, como el trabajo acerca de los patrones de distribución de los mamíferos en el mundo.
Desde el espacio, la Tierra se ve como un cuerpo celeste del color intenso de sus océanos, por lo que ha sido bautizado como el planeta azul. Perdido entre el inconmensurable número de estrellas de la Vía Láctea, este planeta esconde uno de los secretos más grandes del universo infinito: el de la vida. Millones de especies de plantas, animales y microorganismos habitan sus continentes, islas, océanos, lagos y ríos. Su variedad es verdaderamente asombrosa, ya que va de microscópicas bacterias a gigantescas ballenas azules de hasta doscientas toneladas de peso, y de plantas que sintetizan la energía a partir de la luz del Sol, hasta organismos que dependen de esa energía ya transformada para sobrevivir. A pesar de sus enormes diferencias, todos estos seres vivos comparten una misma historia evolutiva que se remonta al inicio de los tiempos, puesto que se originaron de los mismos organismos.
La evolución de la vida en la Tierra ha estado modelada por extinciones masivas. Las cinco más importantes por su magnitud ocurrieron a finales de los periodos geológicos ordovícico, devónico, pérmico, triásico y cretácico. Dichas extinciones comparten ciertas características: todas causaron una pérdida catastrófica de diversidad biológica, se desarrollaron relativamente rápido en tiempos geológicos y evolutivos, y su impacto en la desaparición de especies no fue al azar, ya que hubo algunos grupos de organismos más afectados que otros.
Hoy día, sin embargo, enfrentamos lo que probablemente es el inicio de la sexta extinción masiva. A diferencia de las anteriores, la causa fundamental no son fenómenos naturales como el choque de un meteorito, ésta es resultado de los impactos negativos del crecimiento exponencial de la población humana y sus actividades, ya que más de la mitad de esta población vive en ciudades de dimensiones nunca antes alcanzadas, las cuales tienen un gran efecto en la naturaleza debido al cambio en el uso del suelo y la demanda de recursos naturales para mantener a sus poblaciones, lo cual, aunado al cambio climático global, la contaminación, la alteración, destrucción y fragmentación de ambientes naturales, la sobreexplotación de especies, la introducción de especies exóticas y el adelgazamiento de la capa de ozono, contribuye a que se acelere la extinción de especies. Aunque no existe un consenso acerca de la magnitud de las extinciones actuales, los estudios recientes indican que es sumamente severa. Por ejemplo, el número de especies de vertebrados extintos en los últimos cien años corresponde a las que en condiciones normales deberían haberse extinguido en un lapso de aproximadamente 28 000 años.
Hasta hace pocas décadas la actividad básica de un ecólogo eran generar y publicar investigación de alta calidad científica. Eso ha cambiado ante la crisis ambiental de enormes proporciones que enfrentamos. Ahora los ecólogos también deben difundir y aplicar sus conocimientos con el fin de sensibilizar a la sociedad y contribuir a la conservación y el manejo de la diversidad biológica. Es fundamental entender para ello las causas y efectos del deterioro ambiental que provocan la extinción de especies, la estructura y función de los ecosistemas, la provisión de los servicios ambientales, y el bienestar social que se requiere para enfrentar la crisis ambiental actual, todos ellos temas centrales en la labor de investigación de los miembros del Departamento de Ecología de la Biodiversidad del Instituto de Ecología de la unam.
Diversidad genética
A pesar de que a simple vista las especies parecen uniformes, en general son conjuntos de poblaciones que difieren geográficamente debido a su estructura histórica, ecológica y genética. Conocer los niveles de variación genética de poblaciones naturales es parte central del estudio de la diversidad biológica. El trabajo realizado en el departamento se enfoca en tres líneas de investigación que se han desarrollado aceleradamente en los últimos veinte años: la filogeografía, la genética del paisaje y de la conservación, y la genómica.
Por ejemplo, hemos buscado describir los procesos históricos y geológicos asociados a la evolución, diversificación y migración de especies endémicas. Se trabaja con la rata orejona (Ototylomys phyllotis) y diferentes parásitos de peces, con el ratón Habromys simulatus, que está en peligro de extinción, y con la rata arrocera (Oryzomys couesi), que tiene una distribución amplia. El análisis de la diversidad biológica ha demostrado que existen especies crípticas, esto es, casi imposibles de distinguir desde el punto de vista morfológico.
Una línea de investigación que nos interesa es la evaluación del estado de conservación de los animales endémicos de la Isla Cozumel, ya que se encuentran amenazados por el tamaño pequeño de sus poblaciones, la introducción de especies exóticas y las perturbaciones naturales. También se han analizado los efectos potenciales del cambio climático en diversas especies de roedores.
En plantas nos hemos centrado en aquellas que, por sus características demográficas y genéticas, son emblemáticas de México, presentan una dominancia o abundancia, son especies endémicas o en peligro de extinción. En este caso hemos desarrollado investigaciones detalladas con cactáceas, magueyes y árboles del desierto, efectuando estudios que demuestran que el mayor riesgo para dichas especies es el cambio de uso de suelo.
Poblaciones, especies y ecosistemas
Uno de los efectos negativos de las actividades del ser humano sobre la diversidad biológica es la pérdida y fragmentación del hábitat. Entender los procesos temporales, espaciales y evolutivos que han conformado la distribución actual de la biodiversidad a diferentes escalas es esencial para garantizar la viabilidad a largo plazo y la conservación de los sistemas naturales. Se ha trabajado en el análisis del origen y mantenimiento de la biodiversidad de las regiones áridas y semiáridas de México. Nuestros estudios, que se basan en paleobotánica y filogenias, han permitido determinar la antigüedad de los linajes que forman la vegetación actual de estos ambientes, y muestran que las especies han mantenido caracteres a lo largo del tiempo evolutivo, los cuales determinan procesos de interrelación de éstas y la organización de las comunidades vegetales.
Parte de este objetivo es la reconstrucción paleoambiental del cuaternario tardío en el desierto chihuahuense y en el valle de TehuacánCuicatlán, la cual se ha logrado por medio de la identificación de macrofósiles en nidos de ratas del género Neotoma, la palinología de depósitos de sedimentos cuya antigüedad va de 25 000 a 6 000 años —esto tiene implicaciones para entender los efectos del cambio climático en la biodiversidad.
Con un enfoque de redes complejas hemos abordado diversas comunidades vegetales de zonas áridas y semiáridas a fin de determinar cuáles son los procesos de estructuración de las comunidades, revisando el balance que existe en las interacciones positivas y negativas de las plantas, y usando como marco de referencia el grado de parentesco filogenético de las especies. Estos últimos estudios son la base para diseñar métodos de restauración ambiental y determinar pautas sustentables de uso de recursos.
Nuestra investigación con plantas del noroeste de México conlleva evaluar en gradientes ambientales la estructura y función de las flores, sus sistemas reproductivos, la secreción del néctar y el establecimiento y la demografía de plantas, así como la distribución de su variación genética y su manejo, en particular en cactáceas del desierto sonorense. En esta región se analiza la dinámica de la especies invasoras, de la biomasa y el carbono, y la distribución de la vegetación, teniendo en la mira la conservación. Por ejemplo, uno de los problemas que han afectado seriamente la biodiversidad del noroeste de México es la conversión de los matorrales en praderas de zacate buffel por los ganaderos con el fin de incrementar la producción de forraje para el ganado, lo cual ha reducido hasta en 50% tanto la riqueza local (diversidad ) como la regional (diversidad ) de las especies de plantas.
Para entender la evolución de características de historia de vida en plantas perennes hemos trabajado con cactáceas columnares; sus variados sistemas reproductivos, la relativa facilidad de estudio de sus polinizadores y la disponibilidad de flores permiten explorar las consecuencias evolutivas de la fenología floral, los ritmos de floración y los resultados genéticos de la dispersión de polen y semillas. También se ha podido investigar las consecuencias del manejo de tales especies, ya que sus frutos y madera son utilizados ampliamente por los pobladores de la región, uniendo así la ecología básica con la utilización de los recursos naturales en el entorno cultural, social y económico. Por otro lado, hemos demostrado que en Stenocereus eruca, una cactácea de hábito rastrero de Baja California Sur considerada como amenazada, la eficiencia de la reproducción sexual es muy baja debido a la escasa disponibilidad de polinizadores. Sin embargo, un estudio demográfico de sus poblaciones demostró que el reclutamiento de nuevos individuos y el mantenimiento de dicha especie depende más de la propagación clonal (asexual) que del reclutamiento de plántulas de origen sexual, lo cual puede ser una clave para conservar la especie.
La ecofisiología de plantas de bosque tropical perennifolio es parte de nuestros esfuerzos, y entre ellos se destaca el descubrimiento particularmente interesante de Clusia lundellii, una planta dicotiledónea, arbórea y hemiepífita, con metabolismo ácido de crasulácea (llamado cam), que había sido asociada con especies de climas áridos (como cactáceas y magueyes), donde el agua es el factor limitante más importante. Se ha descrito la presencia de este metabolismo, por primera vez, en una especie arbórea dicotiledónea, y además se puso de manifiesto que plantas con metabolismo cam pueden crecer en sitios donde el agua no es un factor limitante.
En el departamento desarrollamos estudios sobre la estructura y funcionamiento de los ecosistemas. Son sobresalientes los análisis de los patrones espaciales y temporales de la producción de biomasa, de la productividad primaria y de la descomposición de materia orgánica en ecosistemas de zonas áridas y semiáridas del desierto sonorense y del bosque tropical caducifolio del noroeste y de la costa del Pacífico de México. En tales ambientes, la principal variable física que regula dichos procesos es la precipitación, marcadamente estacional. Después de más de veinticinco años hemos encontrado que en aquellos de lluvias inesperadas, al inicio de la época de sequía se incrementa la productividad anual, mientras que en años de periodos secos en los meses de mayor precipitación, disminuye la productividad. La descomposición de hojarasca en el desierto, y por lo tanto la mineralización, está controlada además por la disponibilidad de agua, que es mediada por la topografía y la calidad de la hojarasca. La extracción de recursos forestales no maderables es una perturbación crónica que afecta severamente la diversidad y la capacidad de regeneración de esos ecosistemas.
La conservación
La Tierra pasa actualmente por uno de los periodos más peligrosos de su historia. Antes, su tranquilidad era estremecida esporádicamente por la actividad de algún volcán o la presencia de un huracán, hoy enfrenta una tormenta de enorme magnitud que pone en peligro su integridad y la continuidad de la vida. La amenaza no procede de cataclismos generados por las azarosas y anárquicas fuerzas de la naturaleza —una nueva glaciación o el colapso de los continentes—, que han moldeado la evolución a lo largo de los tiempos. Lo que hoy enfrentamos como colectividad es el resultado de los efectos negativos de nuestras actividades, que se han acumulado a lo largo de generaciones, pero que han sido especialmente severos en el último siglo, esto es, la extinción de innumerables poblaciones y especies, y la rapidísima destrucción de los ecosistemas remanentes. En este contexto, nuestra investigación científica enfocada a la conservación de poblaciones, especies y ecosistemas tiene una enorme relevancia ambiental, social y económica.
Estamos efectuando estudios sobre mamíferos desde una perspectiva de la ecología de poblaciones, así como de sus comunidades y su macroecología, de la relación que existe entre los organismos y su ambiente a grandes escalas espaciales. Tenemos un programa de investigación muy ambicioso que une la ciencia básica a la conservación y la gestión con la finalidad de establecer áreas naturales protegidas, salvar especies en peligro de extinción y acoplar la conservación con el desarrollo social. Consideramos que, en medio de la actual crisis ambiental, los ecólogos deben desempeñar un papel importante en la búsqueda de soluciones que compaginen la conservación y el desarrollo desde escalas locales hasta la global. Nuestros estudios sobre los patrones de distribución de todas las especies de mamíferos han sido muy innovadores, con implicaciones directas para generar una visión de conservación de este grupo a nivel mundial.
La ecología de mamíferos carnívoros, como las zorras del desierto (Vulpes macrotis) y los coyotes (Canis latrans), el papel que desempeñan en el ecosistema los perros llaneros (Cynomys ludovicianus) y los bisontes (Bison bison), en especial en el mantenimiento de la biodiversidad regional, son parte de nuestro trabajo. Tenemos proyectos para reintroducir especies extirpadas de México, como el lobo mexicano (Canis lupus baileyi). La búsqueda de la conservación se ha centrado en el establecimiento de la extensa Reserva de la biósfera Janos en Chihuahua, que con 523 483 hectáreas constituye la primer área natural protegida federal creada especialmente para la preservación de los pastizales nativos en México. Como parte del trabajo de reintroducción de especies y de restauración del ecosistema de pastizal, se formó una manada de bisontes a fin de producir individuos para repoblar algunas zonas de su área de distribución natural en el país.
Se han sentado las bases para crear otras áreas naturales protegidas como la Reserva de la biósfera ChamelaCuixmala, la primera reserva privada en México, y el Área de protección de flora y fauna Ciénegas de Lerma, y llevamos a cabo la primera erradicación exitosa en nuestro país de roedores introducidos en una isla. Otro de nuestros logros fue la reintroducción del hurón de patas negras en México, una especie que en 1989 había sido considerada extinta en su forma silvestre, y la realización del primer censo nacional del jaguar. Asimismo, colaboramos en la creación de la Norma Oficial para especies en riesgo de extinción.
Como ya se señaló, la ecología en México se ha desvinculado crónicamente de los procesos de desarrollo socioeconómico y los problemas que enfrenta el país, desde la pobreza hasta la producción de alimentos. En la actualidad es imprescindible trabajar para entender, promover y conservar el valor de la biodiversidad, así como contribuir a resolver estos problemas. A partir de un enfoque multidisciplinario, que abarca desde el estudio y la modelación de las enfermedades emergentes y las interacciones de mamíferos y plantas, hasta la demografía y la ecología de comunidades en gran escala, nuestra investigación busca documentar los diversos e indispensables servicios ecológicos que proporcionan los vertebrados. Ponemos especial énfasis en comunicar nuestros resultados por distintos medios a la sociedad, con la idea de que se valore mejor la biodiversidad y la propia investigación ecológica; buscamos robustecer la toma de decisiones en la conservación y el manejo de la vida silvestre en todos los niveles por medio de la capacitación de estudiantes y profesionales, así como incidir en la reglamentación gubernamental nacional e internacional, y la creación de instrumentos legales.
Parte de nuestra labor se liga directamente a la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (conabio), un organismo gubernamental cuya misión es promover, coordinar, apoyar y realizar actividades dirigidas al conocimiento de la diversidad biológica, así como a su conservación y uso sustentable para beneficio de la sociedad.
Uso y manejo de la diversidad biológica
A lo largo de la última década han surgido en el mundo académico nuevas corrientes de pensamiento que responden a los retos que impone el cambio global y la pérdida de la biodiversidad. Ante esos retos, en el departamento trabajamos para desarrollar lo que se podría denominar como “ciencias de la sustentabilidad”, haciendo uso de enfoques apropiados para entender el papel de la ciencia y, en particular, de la ecología. De esta manera pretendemos lograr que la investigación científica se integre a los procesos de planeación y la toma de decisiones que inciden en la capacidad de resiliencia (la posibilidad de un sistema de regresar a las condiciones originales tras una perturbación) y adaptación de los sistemas socioecológicos. Esta investigación se aparta de los esquemas reduccionistas tradicionales de la ecología, y busca generar nuevas teorías y métodos para integrar, de manera epistemológicamente válida, el conocimiento y la experiencia de científicos, tecnólogos, servidores públicos y sociedad por medio de procesos democráticos de decisión.
En otro contexto, el uso del agua es un problema fundamental que tiene que ver con el desarrollo, la equidad, la viabilidad social y económica de México, tanto para el mantenimiento de su función desde el punto de vista de los ecosistemas, como para el consumo humano con diversos fines. Una de nuestras líneas de investigación se orienta a la evaluación del agua como recurso natural en diversas cuencas del país. Hemos estudiado con detalle ecosistemas acuáticos en las cuencas de México, LermaChapala, Cuitzmala y el Valle de Toluca, entre otras, para describir las condiciones de los cuerpos de agua, las fuentes potenciales de contaminación, así como la calidad del agua y su relación con la salud humana. Tomando en cuenta que un ecosistema sano se relaciona con una población sana, resulta fundamental plantear mecanismos para la rehabilitación de cuerpos de agua.
El reto de la sustentabilidad
Los enormes retos ambientales, en los inicios del siglo xxi, requieren soluciones creativas que emanen de una visión y un compromiso basados en la ciencia y la tecnología. Es un desafío que enfrentamos los científicos. De manera urgente se ha alertado sobre la crítica situación ambiental por la que atravesamos. Es imperativo salvar las especies que se encuentran en vías de extinción. Su conservación depende de todos nosotros y, paradójicamente, de ella depende nuestra supervivencia. ¿Seremos testigos de la desaparición de miles de especies y de los efectos impensables que ello ocasione, arriesgando así nuestro bienestar y supervivencia? ¿Seremos capaces de retomar el rumbo? De nosotros depende en gran medida la salvación o ruina de este planeta maravilloso y de las especies que lo habitan, incluyendo al propio ser humano.
Con el fin de responder a estas necesidades es fundamental generar nuevas tendencias en la investigación, enseñanza, capacitación, difusión y colaboración, y así generar una ciencia de la sustentabilidad. El Instituto de Ecología de la unam está respondiendo con una innovadora iniciativa académica que consiste en la creación del “Laboratorio de la ciencia de la sostenibilidad”, el cual constituye una iniciativa que pretende lograr una integración real y efectiva de la investigación científica y los procesos de planeación, política ambiental y toma de decisiones ante la urgente necesidad de encontrar mejores esquemas para abordar los retos de los problemas ambientales globales, y las nuevas corrientes de pensamiento que han surgido a lo largo de la última década y han traído consigo una mayor vitalidad para las ciencias ambientales. El laboratorio está concebido como un nodo para crear sinergias entre grupos de investigación del mismo instituto, de diversas entidades académicas al interior de la unam, con otras instituciones de investigación y el sector público. Su propósito es el de fomentar la vinculación entre académicos y quienes toman decisiones. De esta forma, facilitará el trabajo multidisciplinario y multinstitucional, y se promoverá la utilización de la capacidad de investigación instalada en el país para contribuir efectivamente a la solución de la problemática socioambiental.
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Gerardo Ceballos, Marisa Mazari Hiriart, Luis A. Bojórquez, Alberto Búrquez Montijo, Rurik List, María del Carmen Mandujano, Angelina Martínez Yrizar, Rodrigo A. Medellín, Francisco Molina Freaner, Clara Tinoco, Alfonso Valiente Banuet, José Sarukhán y Ella Vázquez-Domínguez.
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Todos los autores de este artículo pertenecen al Departamento de Ecología de la Biodiversidad del Instituto de Ecología de la unam, en donde abordan temas que permiten entender los procesos que controlan la diversidad biológica, los diversos aspectos que la caracterizan desde la escala genética hasta la de ecosistemas, así como para entender las causas ecológicas e históricas de la biodiversidad.
como citar este artículo → Ceballos, Gerardo y et. al. (2011). Ecología y conservación: los grandes retos de este siglo. Ciencias 103, julio-septiembre, 42-49. [En línea] |
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Karina Boege, Alejandro Córdoba, Carlos Cordero, César A. Domínguez, Hugh Drummond, Luis E. Eguiarte, Juan Fornoni, Luisa I. Falcón, Graciela García Guzmán, Juan Pablo Jaramillo Correa, Juan Núñez Farfán, Daniel Piñero, Valeria Souza y Roxana Torres
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El ambiente en el que viven los organismos les genera una serie de problemas que deben resolver con el fin de crecer y reproducirse. Cada vez es más común encontrar ejemplos en los que se resalta lo increíblemente bien equipados que están los organismos para resolver tales desafíos. Estamos hablando del fenómeno de la adaptación, donde los organismos evolucionan soluciones a estos problemas, impulsados por el proceso de la selección natural. A dichas soluciones se les llama adaptaciones.
El concepto de adaptación tiene dos significados. El primero se refiere al proceso por el cual los organismos se adaptan a su ambiente y que produce esa sorprendente correspondencia entre la forma y la función de los atributos de los organismos. El término adaptación también se usa para hacer referencia a los atributos que permiten a los organismos realizar una función específica en un ambiente dado. En este sentido, una adaptación es un “atributo” que contribuye a realizar una función que afecta la supervivencia y el éxito reproductivo de un organismo.
La ecología evolutiva se encarga de estudiar la interfase de las presiones de selección y la modificación de los ambientes donde los organismos se desarrollan. Como podemos imaginar, las preguntas que se formula son múltiples. Pero el estudio ecológico de la evolución no sólo se interesa en la adaptación, también abarca el estudio de cómo surgen las especies (el proceso de la especiación) y su extinción. En cada uno de estos procesos los métodos, enfoques y bases conceptuales son diferentes. Así, la ecología evolutiva estudia las causas y las consecuencias de la diversidad de la vida, de las diferencias y similitudes entre los organismos, de las características adaptativas y no adaptativas. Se hace preguntas tales como: ¿por qué hay tanta diversidad biológica?, ¿por qué existen en un mismo sitio organismos unicelulares microscópicos y multicelulares, en ambos casos de tipos muy diferentes —bacterias, amibas, algas, hongos, plantas, animales?, ¿por qué organismos tan distintos —desde bacterias hasta seres humanos— tienen organización celular, patrones de conducta, estructuras de poblaciones y de comunidades similares?
Genética de poblaciones y filogenia
El entendimiento fino de las bases moleculares de la genética, junto con el uso de herramientas evolutivas y estadísticas, nos ha permitido avances importantes en la comprensión de la evolución y los procesos ecológicos que determinan esta evolución. Nuestros estudios utilizan enfoques de genética de poblaciones y genética de la conservación para estudiar sistemas biológicos que tienen significado ecológico, así como sistemas de importancia clave en el área de la conservación de la biodiversidad. Las coníferas resultaban atractivas para su estudio evolutivo debido a que en México son los elementos más importantes de los bosques montanos, y a que juegan un papel primordial en la conservación de los recursos hídricos de las regiones más densamente pobladas. Además, México tiene una muy alta proporción de las especies de coníferas del mundo, en particular de los géneros Pinus (cerca de 50 especies de un total de 110) y Abies (conocidos como oyameles, con seis a ocho especies en México de un total de 30 en el mundo).
En pinos hemos trabajado con grupos de especies que aportan información a la filogenia o historia evolutiva del género y a los procesos de divergencia e hibridación de especies cercanas. Nos hemos concentrado en los grupos de pinos piñoneros, en los de alta montaña (P. ayacahuite y P. strobiformis), así como en aquellos de la subsección “Australes” que viven en la cuenca del Caribe. Estos trabajos nos han permitido conocer aspectos relacionados con su origen y demografía histórica. A lo largo del tiempo, en algunos casos las poblaciones se han expandido, en otros se han mantenido estables o los tamaños poblacionales han disminuido. Esto significa que algunas especies que actualmente son abundantes, como P. cembroides, eran raras en el pasado, mientras que otras, como P. rzedowskii o P. pinceana, que actualmente son escasas y son consideradas raras y en peligro, eran muy abundantes en el pasado.
Mientras los niveles de variación genética en los pinos mexicanos son relativamente altos, aun en las especies endémicas de distribución restringida, las poblaciones de oyamel (Abies) tienden a tener una variación genética más bien baja. En general, en las coníferas de México se ha encontrado una elevada diferenciación genética, más alta que la descrita en las de climas templados y fríos, y niveles de endogamia elevados en algunas de ellas, lo que a su vez puede contribuir aún más a la diferenciación genética —particularmente en Abies, cuyas especies se originaron a partir del Mioceno, como recientemente lo mostramos. Dichos estudios reconocen un total de tres grupos genéticos de oyamel distribuidos en México: en el noroeste (A. concolor y A. durangensis var. durangensis), oeste (A. flincki) y norte, centro y sur del país (A. durangensis var. coahuilensis, A. guatemalensis, A. hickeli, A. religiosa y A. vejari), respectivamente. También hemos avanzando en entender la filogenia de todo el género y en estimar su reloj molecular y las tasas de diversificación (especiación menos extinción) en el tiempo.
Se han trabajando aspectos de la genética evolutiva de otros grupos, principalmente de zonas áridas. En particular del género Agave, en donde encontramos que las poblaciones y las especies tienen altos niveles de variación genética y su diferenciación genética es variable, lo que sugiere que ha habido eventos activos de especiación y adaptación al ambiente. Por otra parte, los estudios de reloj molecular han demostrado que Agave es un género reciente, con tasas de diversificación notablemente altas, tal vez debidas a que ha coevolucionado exitosamente con sus principales polinizadores, murciélagos nectarívoros, fundamentalmente del género Leptonycteris. También se han concluido, en colaboración con investigadores del Instituto de Biología, otros análisis filogenéticos y evolutivos de grupos importantes de plantas de México, como Bursera, las especies de Acacia asociadas a hormigas y la familia Cactaceae, en los cuales se ha determinado el momento en que se originaron y sus tasas de diversificación.
En el futuro se requiere un enfoque adaptativo comparado para seguir investigando los procesos evolutivos de estos grupos de especies; es necesario iniciar estudios de variación geográfica asociados al análisis de genes particulares involucrados con adaptaciones a distintos ambientes.
Ecología molecular
Los marcadores genéticos también se pueden usar para contestar preguntas en ecología: cómo se dispersan el polen y las semillas de las plantas, o cuáles son los patrones de paternidad en animales y plantas. También pueden ser usados para tratar de definir límites y membresías en las especies, y para entender sus relaciones con otras especies, de tal manera que se convierten en una herramienta útil para la sistemática en el estudio de los microorganismos, un campo de estudio conocido como “ecología molecular”. Actualmente, en el análisis de la ecología bacteriana se usan técnicas sofisticadas de ecología molecular que permiten comprender mejor la adaptación y composición de las comunidades microbianas, así como su estructuración en relación con los ambientes biogeoquímicos. Así sabemos que las comunidades bacterianas comparten patrones de distribución similares a los de las comunidades de macroorganismos.
Una pregunta que queremos responder es: ¿por qué hay tantas especies de bacterias? Para ello es necesario entender cuáles son los procesos evolutivos y ecológicos que separan a los organismos que forman las poblaciones, hasta convertirlos en especies diferenciadas entre sí, o sea el proceso de especiación. Hemos usado Escherichia coli como microorganismo modelo, una bacteria frecuente en el tracto digestivo y que crece bien en el laboratorio en medios ricos en nutrimentos. Dado que se conoce con detalle su fisiología, sus atributos ecológicos importantes, su genética y su biología evolutiva, y que muchos de sus genomas completamente secuenciados están disponibles, se puede explorar hipótesis que permitan saber sobre su adaptación; actualmente estamos analizando con detalle su diversidad en México. Una de las preguntas tiene que ver con la evolución de la patogénesis: ¿por qué y cómo una bacteria que no hace daño evoluciona hasta ser potencialmente mortal?
El oasis de Cuatro Ciénegas (en el centro del desierto en Coahuila), un ecosistema extraordinariamente pobre en nutrimentos —ultra oligotrófico, especialmente en cuanto a fósforo; la laguna de Alchichica, en Puebla, la de Bacalar y los ríos de Sian Ka’an, en Quintana Roo, forman también parte de nuestras investigaciones. Son ambientes ricos en comunidades bacterianas estructuradas, a veces llamadas microbialitos (entre los que se encuentran tanto los tapetes microbianos como los estromatolitos). Hemos logrado identificar que estas comunidades microbianas tienen una composición taxonómica diferente, pero que, sin embargo, funcionan de manera similar en cuanto a los ciclos de los elementos básicos (carbono, oxígeno, nitrógeno, azufre y potasio). Lo anterior resulta fascinante y relevante para comprender cómo funcionan y se estructuran dichas comunidades ancestrales, de las más diversas del planeta, y hemos estimado valores de diversidad altos, equivalentes o mayores a los reportados para macroorganismos en arrecifes de coral o selvas tropicales. En todas estas comunidades, las cianobacterias son un grupo clave, ya que están involucradas en la adquisición de carbono y nitrógeno orgánico. También, en colaboración con otros institutos, en particular el Cinvestav de Irapuato, hemos estudiado con cuidado las adaptaciones de otros grupos bacterianos, como son el género Bacillus, donde hemos estudiado varios genomas completos, y el género Pseudomonas.
Nuestros estudios indican que en Cuatro Ciénegas las reglas del “juego evolutivo” son diferentes a las que observamos en E. coli. Mientras que esta bacteria vive en lugares ricos en fósforo y es sexualmente promiscua, los microorganismos de Cuatro Ciénegas tienen poco fósforo disponible y la sexualidad parece ser un evento rarísimo, pero evolutivamente relevante, ya que descubrimos que algunas de estas bacterias han obtenido de otros linajes bacterianos —por el proceso llamado de transferencia horizontal— diferentes adaptaciones para el uso eficiente del fósforo, llegando en algunas especies a su substitución por azufre en las membranas celulares. Por otra parte, hemos encontrado que, en este sitio, las redes de interacciones ecológicas en las comunidades estructuradas que forman los tapetes microbianos y los estromatolitos impiden la entrada de nuevos miembros no coadaptados a estas redes alimentarias, por lo que cada localidad tiene un ensamble único de especies capaces de realizar todos los ciclos biogeoquímicos en pocos milímetros. Esto se puede deber a la larga historia de coexistencia y a la antigüedad de tales comunidades. Los estudios de reloj molecular, aunados a su complejidad y diversidad bacteriana, nos han llevado a concluir que Cuatro Ciénegas es una ventana al remoto pasado de la Tierra, tal vez hasta el precámbrico, y que su estudio, en efecto, nos va a llevar a entender por qué hay tantas especies.
La genética cuantitativa y ecológica y la conservación
Otra forma de estudiar la adaptación es empleando el marco teórico y metodológico de la genética cuantitativa para entender cómo la selección natural opera sobre diferentes atributos ecológicamente importantes, entre los cuales hemos estudiado con detalle la manera en que se defienden las plantas de sus enemigos naturales, y cómo la forma de reproducción (autogamia vs. entrecruzamiento) puede comprometer la evolución de dicha defensa.
La defensa química o física de las plantas involucra costos en “adecuación” —fitness en inglés—, son los llamados “costos de asignación”. También existen los “costos ecológicos”, que se generan al modificar las interacciones con sus enemigos naturales, como los parásitos, o con competidores, y mutualistas como los polinizadores. La defensa también es costosa cuando es constitutiva (o sea que siempre se expresa, no importa el ambiente) y la abundancia de herbívoros en una localidad particular es baja. En estas circunstancias, la defensa inducida —por la actividad de los herbívoros— o la tolerancia al daño serían favorecidas por la selección natural. Sin embargo, las condiciones ambientales físicas y bióticas, la variabilidad genética en los caracteres defensivos o las correlaciones genéticas entre éstos pueden limitar la evolución de la defensa óptima en plantas. Los estudios en esta área se han llevado a cabo principalmente utilizando especies del género Datura, con mayor profundidad D. stramonium, el conocido toloache.
Así, tomando en consideración tales factores, hemos estudiado la evolución de las formas de defensa en un contexto geográfico, analizando la variación interpoblacional, y considerando el cambio en los tipos de herbívoros y en los factores ambientales. También la abordamos a escala macroevolutiva, empleando filogenias y métodos comparativos.
En cuanto a la conservación biológica, utilizando herramientas de la genética ecológica, hemos iniciado un proyecto de largo alcance en las selvas de Veracruz, el cual busca determinar el efecto de la fragmentación de la selva en la variación genética, la adaptación local y las interacciones bióticas (herbivorismo, parasitismo, polinización, dispersión) de especies de plantas con distintas historias de vida (hierbas, lianas, arbustos, árboles).
Esta investigación se complementa con estudios sobre la interacción de plantas y patógenos (especialmente hongos), y de herbívoros y plantas en sistemas tropicales, en donde se han realizado interesantes aportes empíricos en lugares recientemente fragmentados, al describir la distribución temporal y espacial de la interacción de plantas y patógenos y de plantas y herbívoros, y su relación con la historia de vida de los hongos y sus hospederos, y su coevolución. Tales trabajos han revelado que las enfermedades causadas por hongos son frecuentes en plantas tropicales.
Selección natural y adaptación
También buscamos comprender la evolución de los fenotipos complejos y su relación con la selección natural usando como sistemas de estudio las interacciones bióticas de las plantas y animales, como son la ya mencionada defensa contra herbívoros, la polinización y la dispersión. Tales interacciones ofrecen además la oportunidad de explorar otras preguntas, como la evolución de los conflictos de interés o la expresión de adaptaciones que ocurren a lo largo del desarrollo de los organismos. En el primer caso nos interesa determinar cómo se resuelven los conflictos que surgen en cualquier interacción biótica en la que se intercambian recursos (polen, gametos, alimento, etcétera) o servicios (la transferencia de polen, protección, etcétera). Dado que la selección natural favorecerá que ambas partes maximicen el beneficio con el menor costo, y que el beneficio de una especie muchas veces se paga a costa del beneficio de la otra, surgirá un conflicto de intereses. Los desarrollos teóricos y empíricos recientes muestran que dichos conflictos son un importante mecanismo evolutivo y que fenómenos como la evolución del sexo, la selección sexual, la recombinación y la gametogénesis, por citar algunos, evolucionaron a partir de situaciones de conflicto.
Nuestros hallazgos indican que los conflictos de interés son prevalentes en las interacciones bióticas, en particular en la polinización, pero existe una gran variación en cuanto a su resultado. En la polinización una planta ofrece recursos (como néctar, polen, aceites o fragancias) a cambio del servicio que le prestan los polinizadores al mover sus gametos. Obviamente, la mejor situación para una planta sería obtener el servicio de los polinizadores sin pagar nada, ya que así podrían reinvertir esos recursos en alguna otra función prioritaria, como hacer más y mayores semillas. En particular hemos explorado si las plantas “hacen trampa”, mintiendo con las señales de las flores que los polinizadores usan para evaluar la cantidad y calidad de la recompensas (el néctar y el polen) que ofrecen las flores. En otras palabras, las plantas manipulan los sesgos sensoriales innatos o aprendidos de sus polinizadores. En algunas especies, como Begonia gracilis, la balanza parece inclinarse del lado de las plantas, ya que los polinizadores visitan a las flores femeninas, a pesar de que éstas no producen ninguna recompensa. El engaño se basa en que las flores femeninas imitan la forma y el color de las flores masculinas, que sí producen una recompensa. En el otro extremo, hemos encontrado que hay especies como Turnera ulmifolia, la damiana, en la que la selección natural favorece “la honestidad”. Es decir, las plantas que producen señales confiables sobre la cantidad de néctar disponible para los polinizadores producen más semillas que las que ofrecen señales poco confiables.
Una de las preguntas centrales de la biología evolutiva concierne la comprensión del proceso de adaptación, tanto en términos de su origen y mantenimiento como en la definición de lo que es una adaptación. Esta última tarea constituye un enorme desafío, ya que existe una larga tradición de “atomizar” a los individuos en atributos, algunos de los cuales llamamos adaptaciones porque están relacionados con una función determinada. Sin embargo, si nos detenemos un poco a pensar en lo que significa una adaptación, pronto nos daremos cuenta de que su caracterización no es un asunto sencillo. Por esta razón hablamos de “fenotipos complejos”, ya que una función particular requiere la acción concertada de un grupo de atributos que generalmente se encuentran correlacionados. Actualmente estamos tratando de desarrollar los métodos que nos permitan definir qué atributos debemos considerar como parte de una unidad funcional, y cómo se podría analizar el efecto de la selección natural en esos módulos funcionales.
Una de las expresiones más elegantes de un fenotipo complejo surge al considerar la dinámica selectiva que ocurre a lo largo del ciclo de vida de los organismos. Por ejemplo, aunque una planta (o cualquier organismo) siempre está sujeta a la presión de sus enemigos naturales, sus prioridades llegan a variar en función de su estadio. Cuando son pequeñas puede ser más importante crecer para lograr establecerse, por lo que es posible que defenderse de los herbívoros sea secundario. Sin embargo, una vez establecidas, es más apremiante que las plántulas inviertan recursos en la defensa. Cuando llegan a una edad reproductiva, dependiendo de la historia de vida, las plantas podrían invertir muchos más recursos en defenderse de los herbívoros o, en el caso de las anuales, mejor dedicar todos sus recursos a un único evento reproductivo. Por ejemplo, el arbusto Turnera ulmifolia, crece en las zonas costeras de Veracruz, donde los juveniles producen menos tricomas (“pelos” que constituyen un tipo de defensa física) y néctar extrafloral (la recompensa que pagan a las hormigas que defienden la planta contra los herbívoros) que cuando son reproductivos. Actualmente estudiamos si existe variación genética en los patrones de su desarrollo (o sea, en sus trayectorias ontogenéticas) y cómo la selección natural opera sobre ellas.
Cooperación y conflicto entre parientes
Desde que Bill Hamilton propuso la teoría de selección por parentesco en los años sesentas del siglo pasado, uno de los grandes temas de investigación en ecología conductual es la evolución de la cooperación y el conflicto entre parientes. Actualmente se siguen investigando los aspectos adaptativos /funcionales de las relaciones entre hermanos, y las estrategias de los padres con relación al conflicto entre sus crías. Recientemente ha habido una tendencia hacia la investigación de los mecanismos conductuales en términos del desarrollo del comportamiento y la plasticidad fenotípica. En nuestras investigaciones sobre el conflicto entre crías hermanas del bobo de patas azules (Sula nebouxii), dichas nuevas tendencias se han reflejado claramente en la exploración de los estímulos sociales que provocan el escalamiento de la agresión fratricida, los mecanismos conductuales que generan jerarquías lineales de dominancia, y las consecuencias del conflicto entre hermanos para su desarrollo y desempeño como adultos.
Los estudios recientes que más llaman la atención se basan en la observación a largo plazo de individuos marcados al nacer en la Isla Isabel, en Nayarit, que forman una población altamente filopátrica (los individuos que nacen en un lugar tienden a regresa a anidar en ese mismo lugar). La teoría ampliamente aceptada de los “malos inicios” (poor starts) señala que el estrés alimentario, hormonal y de otro tipo en la infancia genera costos que pueden expresarse en diferentes etapas de la vida adulta, afectando negativamente el metabolismo, la maduración sexual, el tamaño corporal, la competitividad, la longevidad y el éxito reproductivo. Se considera que hay “compromisos” (trade off, en inglés) entre diferentes costos, y es probable que la selección natural ajuste los costos de cada especie de acuerdo con sus características y su ecología con el fin de minimizar el impacto neto sobre su éxito reproductivo vitalicio.
Sorprende que los bobos que empiezan la vida mal, sufriendo diversos impactos por la dominancia agresiva del hermano mayor, no parecen presentar ningún costo en la vida adulta. Recibir hasta 60 picotazos fraternos al día, aprender a ser sumiso y perder la capacidad agresiva llevan a comer poco y crecer mal, por lo que la presencia de niveles altos de corticosterona (la hormona del estrés) no es una sorpresa. Sin embargo, los análisis indican que las crías menores no difieren de sus hermanos en la vida adulta, por lo que durante los primeros veinte años de vida dichos pájaros no muestran déficit en tamaño corporal, respuesta inmunológica, mortalidad anual, reclutamiento, capacidad de defender el nido o dispersión natal. Además, dado que su éxito reproductivo es igual al de sus hermanos en todas las edades, siendo de hecho “superior” en el caso de las hembras, parece que las crías menores no son inferiores en ningún aspecto importante del fenotipo.
¿Será que los efectos de malos inicios en otras especies son artefactos experimentales? No es probable que el fenómeno lo sea, pero los estudios futuros tendrán que identificar las especies y los contextos en donde los malos inicios “naturales” causan costos en la naturaleza, y documentar no sólo los mecanismos involucrados, sino también aquellos que permiten evadir los costos.
Evolución genital y selección sexual
Los genitales de la mayoría de los animales son estructuras complejas que muestran diferencias claras, incluso entre especies cercanamente emparentadas. Su complejidad sugiere que cumplen funciones que van más allá de la simple transferencia de gametos y su diversidad indica que han evolucionado de manera rápida y divergente. Por muchos años los biólogos explicaron la evolución de los genitales por medio de dos hipótesis. La de la llavecerradura, la cual propone que los genitales son mecanismos de aislamiento que evitan apareamientos con la especie errónea, y la de la pleiotropía, en donde la diversidad estructural de los genitales no cumple ninguna función, sino que es producto de genes que también afectan otras características fenotípicas sobre las cuales sí actúa la selección natural.
Sin embargo, durante las tres últimas décadas han surgido nuevas ideas basadas en la selección sexual. Se sabe que en muchos organismos los machos compiten para lograr el mayor número de fertilizaciones, lo cual favorece la evolución de características conspicuas en los machos (por ejemplo, alas coloridas, cuernos y canto), y de conductas de elección por parte de las hembras. Actualmente se piensa que los genitales han evolucionado para cumplir funciones relacionadas con la competencia por parejas y la elección de las mismas.
Hemos puesto a prueba estas últimas ideas usando mariposas (diurnas y nocturnas), libélulas y chinches como modelos de estudio. Los hallazgos indican que, efectivamente, los genitales masculinos y femeninos son caracteres cuya forma y función se mantienen gracias a la selección sexual. Por ejemplo, los machos tratan de transferir el eyaculado de mayor tamaño a las hembras en situaciones de competencia con otros machos, como es el caso de las mariposas, o inducen a las hembras a expulsar el esperma que otros machos han eyaculado, algo que sucede en las libélulas. Así, hemos encontrado que en las hembras han evolucionado características que afectan el éxito de los machos.
Otros resultados indican que ambos sexos han coevolucionado a nivel genital. Es decir, la forma y función genital de cada sexo parecen ser soluciones evolutivas a lo impuesto por el sexo opuesto. Por ejemplo, en muchas especies de mariposas los “paquetes” de eyaculado transferidos por los machos (llamados espermatóforos) presentan envolturas gruesas que podrían provocar que las hembras posterguen su siguiente cópula (que casi seguro será con un macho distinto). También hemos recopilado evidencia que indica que en las hembras han evolucionado estructuras genitales parecidas a espinas o sierras (llamadas “signa”), las cuales les permite abrir los espermatóforos.
Una fascinante pregunta reciente en cuanto a la selección sexual es saber hasta qué punto las hembras se ven beneficiadas por las adaptaciones masculinas genitales moldeadas por selección sexual, es decir, si perjudican o favorecen la adecuación de las hembras. Esta idea surge del hecho de que ambos sexos no siempre comparten los mismos intereses (como se mencionó ya al hablar de los conflictos de interés), por lo que lo óptimo para un sexo no es igual para el otro. Un ejemplo claro de esto es el número de cópulas: mientras que para las hembras unas pocas cópulas son suficientes para fertilizar todos sus huevos, éstas no maximizan la adecuación de los machos. La cuestión es investigar si los genitales masculinos se pueden entender bajo este contexto.
Por otro lado, la selección sexual parece ser la fuerza que ha favorecido la evolución y el mantenimiento de colores llamativos en un gran número de especies. Éstos, al igual que otras de las señales sexuales mencionadas anteriormente, son a menudo costosos de producción, por lo que sólo los individuos en buenas condiciones pueden desplegarlos. Según la teoría de historias de vida, debido a los compromisos que describimos ya, un aumento de la inversión en la reproducción en ese momento disminuye el potencial de reproducción en el futuro (a esto se llama “valor reproductivo residual”). Por lo tanto, para maximizar el éxito reproductivo total, los individuos deberían ajustar su inversión en las señales sexuales en función del ambiente, la calidad o atractivo de la pareja o las posibilidades de reproducciones futuras. En el bobo de patas azules, por ejemplo, el color de las patas es una característica bajo selección sexual que depende de los pigmentos carotenoides. Debido a que éstos se obtienen de la dieta y cumplen otras funciones vitales (como inmunoestimulantes y antioxidantes), posiblemente sólo las aves en buenas condiciones pueden mantener un color de patas azul turquesa. Nuestros estudios muestran que si el color de las patas de los machos cambia de azul turquesa a azul oscuro, las hembras disminuyen su tasa de cortejo y cópulas con tales machos, ponen huevos más pequeños y sus crías tienen una menor respuesta inmune. Es decir, las hembras evalúan continuamente a su pareja durante el cortejo y son capaces de ajustar en formas sutiles su inversión en los huevos en función de los cambios en el color de las patas del macho.
Se ha sugerido que los ornamentos que dependen de los carotenoides podrían indicar la capacidad de los machos de defender el esperma del daño oxidativo. Nuestros estudios en el bobo de patas azules indican que el daño oxidativo en el adn del esperma es mayor en los individuos viejos (con más de diez años de edad) que en los individuos jóvenes, y el daño en el esperma se relaciona negativamente con el color de las patas de los machos viejos.
Lo anterior sugiere que las hembras podrían evaluar los niveles de daño premutagénico de las parejas potenciales usando como indicador el color de patas que despliegan los machos.
Conclusiones
A un poco más de 150 años de la publicación del El origen de las especies de Darwin, los estudios de ecología evolutiva han florecido y son más vigorosos que nunca. La investigación y la enseñanza de la evolución y la ecología evolutiva en el Departamento de Ecología Evolutiva del Instituto de Ecología de la unam han tenido un fuerte impacto en esta disciplina, especialmente en México, donde han generado una escuela de estudios evolutivos con proyección internacional.
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Karina Boege, Alejandro Córdoba, Carlos Cordero, César A. Domínguez, Hugh Drummond, Luis E. Eguiarte, Juan Fornoni, Luisa I. Falcón, Graciela García Guzmán, Juan Pablo Jaramillo Correa, Juan Núñez Farfán, Daniel Piñero, Valeria Souza y Roxana Torres.
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Todos los autores de este artículo son investigadores titulares del Departamento de Ecología Evolutiva del Instituto de Ecología de la unam, en donde estudian la adaptación y las causas de la biodiversidad de México en diferentes contextos y con diversos métodos. Su interés se centra en grupos de organismos que van desde bacterias a insectos y aves, pasando por plantas y hongos.
como citar este artículo → Boege, Karina y et. al. (2011). La ecología evolutiva: interfase de la ecología y la evolución. Ciencias 103, julio-septiembre, 28-37. [En línea] |
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