Cavernas y palacios - Diego Golombek

“El cerebro fue un órgano prácticamente invisible y hasta anónimo durante la historia de la humanidad. Aristóteles estaba convencido de que su función no era más que la de un refrigerador para que la sangre no se calentara demasiado”. Con estas palabras comienza el libro en el que podemos leer una reflexión,  acerca del órgano humano más importante, el órgano que nos diferencia de los demás animales: el cerebro.

 El estudio del cerebro hasta hace relativamente poco era un tema tabú, nada sabíamos acerca del funcionamiento o estructura del cerebro, y nadie se atrevía a investigar en este campo.

El autor reflexiona acerca de la existencia de la conciencia humana y su relación con el cerebro, y como unas pocas de las millones de neuronas que tenemos son capaces de originar el pensamiento, las emociones, los sueños e incluso las percepciones.

“Dentro de las incontables cuevas y palacios, en los innumerables campos y guaridas y cavernas de mi memoria” estas son algunas de las palabras que San Agustín dedicaba al cerebro, y que el autor ha decidido recuperar para ponerle titulo a este libro.

En los primeros capítulos, Golombek,  trata de dar un breve repaso por la historia de la conciencia, y lo que los grandes pensadores de la época como  Hipócrates, Descartes (entre otros) aportaron al amplio campo de la conciencia. En los posteriores  nos resume los mecanismos básicos que hacen posible el procesamiento de las señales del sistema nervioso, asi como cuales son las vías de entrada de las señales al cerebro, es decir, los sistemas sensoriales.

En los siguientes nos narra, lo que de verdad nos interesa, se enfrenta directamente al tema en cuestión y se plantea la pregunta: “¿Es la conciencia un proceso intrínseco del cerebro?”. También, el lenguaje, y en particular el lenguaje oral, probablemente la característica más distintiva de nuestro cerebro. También hace hincapié en los procesos por los que nuestro cerebro es capaz de almacenar información, su recuperación (me refiero a la evocación, a recordar) e incluso la respuesta que desarrolla el cerebro ante diferentes estímulos provocados por los hechos, objetos… que nos hacen recordar.

Golombek describe al cerebro como una “gran máquina” de almacenamiento y procesamiento, formada por una gran cantidad de células nerviosas (neuronas, células de la glía...), que nos hace destacar respecto a la gran mayoría de los animales, y que por ello, es el órgano humano por excelencia.

En los últimos capítulos trata de explicar cómo ciertos fallos genéticos pueden llegar a predisponer a las personas hacia ciertos tipos de comportamientos, acertados o menos acertados.

Una de las frases con las que me quedo:  “La conciencia es un arma cargada de futuro”. 

Gorka Garcia 

Los efectos de la temperatura en el comportamiento y en la fisiología del asteroideo Phataria unifascialis . Implicaciones para la distribución de la especie en el golfo de California.

¿Es la temperatura un factor decisivo para el desarrollo y distribución de Pharuria unifascialis (asteroideo)? 

 Esta es la pregunta a la que se enfrentaron un grupo de investigadores de la universidad de Atlanta y Loma Linda (California).

Imagen 1: Pharuria unifascialis

Algunos de los aspectos del comportamiento, fisiología y la demografía de Pharuria unifascialis (Imagen 1), una estrella de mar submareal, que habita en aguas poco profundas con  una distribución principalmente tropical y subtropical que va desde el Golfo de California hasta las Islas Galápagos, fueron estudiados por un grupo de científicos

Los investigadores se centraron en dos zonas de estudio: Bahía de los Ángeles (norte del golfo de California) y Loreto (sur) véase imagen 2. Las temperaturas medias de ambos lugares varían, en el norte del golfo las temperaturas oscilan alrededor de los 14ºC en invierno, en cambio en el sur, las temperaturas ascienden hasta los 18ºC en invierno. 77 individuos en Bahía de Los Ángeles y 184 individuos en Loreto fueron recogidos para determinar el rango de tamaño de los individuos. La profundidad de recolección osciló entre el intermareal a 12 m, mayor profundidad en la que se encuentra esta especie. A  simple vista determinaron que el tamaño de las población sureñas era considerablemente menor que la del norte; aunque eran más abundantes en el sur.

Imagen 2: Localizaciones geográficas de las zonas de muestreo

Pero… ¿es realmente la temperatura el factor que limita el tamaño y la distribución?

Después de medir el tamaño y el peso de los ejemplares se estudiaron las válvulas pilóricas y las gónadas, que resultaron ser de tamaño similar en ambas ubicaciones (independientemente de la temperatura de las aguas), por lo que las probabilidades de que la limitación del alimento o la falta de potencial reproductivo, fuese el factor limitante, eran bajas

Otro de los parámetros estudiados fue el de la actividad de las especies, para medir este parámetro se llevaron a cabo una serie de experimentos en los que un brazo se les fue extirpado, y expuesto a diferentes temperaturas, se midió el tiempo (en segundos) que tardaban dichos brazos en enderezarse y después este valor se dividió por 1000 estableciendo así un coeficiente de actividad. La actividad de las especies permaneció relativamente constante a una temperatura de  17 ºC, característica de la superficie del agua en invierno en Loreto, pero dicha actividad cayó bruscamente a los 14 ºC de temperatura que es característica del agua en invierno de la Bahía de Los Ángeles, los resultados pueden observarse en la imagen 3.

Imagen 3: Coeficiente de actividad de las estrellas

Por último Las tasas metabólicas de ambas poblaciones fueron estudiadas y se concluyó que a bajas temperaturas el valor del Q₁₀ (parámetro utilizado para medir la variación de los procesos químicos y físicos respecto a la temperatura) disminuía,  pero menos de lo esperado , lo que sugiere un estrés metabólico, consecuencia directa de la temperatura. 

Con todos estos datos obtenidos se llegó a la conclusión de que a temperaturas bajas la actividad de las estrellas disminuía, aunque su tamaño aumentaba; en cambio a temperaturas más cálidas estos animales mostraban una mayor actividad y un rango de distribución mucho mayor.

Artículo extraído de : Journal of Experimental MarineBiology and Ecology, 208  (1996)  13-27 

Gorka Garcia 

Resumen de “Freshwater paths across the ocean: molecular phylogeny of the frog Ptychadena newtoni gives insights into amphibian colonization of oceanic islands.”

Las barreras fisilógicas no son insuperables

David Perfecto Irigaray

La situación geográfica del Golfo de Guinea, prácticamente en el ecuador, hace que reciba un alto contenido de precipitaciones hídricas y que se reduzca el nivel de salinidad de las aguas superficiales cercanas a las desembocaduras de los ríos, llegando incluso hasta las islas oceánicas a más de 200 km de distancia de la costa. Esto hace posible que ciertas especies intolerantes al agua de mar, como los anfibios, hayan podido llegar y colonizar estas islas.

Existe una gran curiosidad sobre los anfibios, intolerantes al agua de mar, de las islas de Sao Tomé y Príncipe, en el Golfo de Guinea, puesto que son islas oceánicas que nunca han tenido contacto con el continente y sin embargo poseen varias especies, además endémicas. Rechazando el pensamiento de que estas dos islas hayan sufrido vías de colonización diferentes puesto que se hallan a distancias de 220 y 255  km del continente africano y además algunas de esas especies endémicas se encuentran en las dos islas, discutiré un método de colonización basado en el descenso de la salinidad de las aguas superficiales en épocas muy lluviosas y ayudados por los caudales de los ríos.

Mediante la combinación de datos hidrográficos y del estudio de la trayectoria de barcos y boyas a la deriva se han documentado las corrientes superficiales del Golfo de Guinea, existiendo dos corrientes principales perpendiculares entre sí, la corriente de Guinea que va hacia el este y la corriente del Congo, hacia el norte. Ambas convergen en la Bahía de Biafra creando una corriente en dirección oeste paralela al ecuador, bañando las islas de Sao Tomé y Príncipe.

Están documentadas lo que se conoce como aguas superficiales tropicales, aguas cálidas y de baja salinidad provenientes de los ríos que por la diferencia de densidad flotan sobre el agua oceánica salada. Existe una gran diferencia en la extensión de estas aguas en el golfo según la época del año, siendo máxima en la época lluviosa. El golfo recibe las aguas de las cuencas fluviales del Níger y el Congo y por supuesto las precipitaciones que puedan caer en el propio Golfo de Guinea.

Tanto Sao Tomé como Príncipe poseen una enorme biodiversidad, con gran número de endemismos (26 especies de aves, 18 de reptiles y 3 mamíferos, una musaraña y dos especies de murciélagos). En cuanto a los anfibios, especialmente importantes por no poder sobrevivir inmersos en agua de mar durante largos recorridos, se encuentran cinco especies de rana y una Cecilia. Mediante la amplificación por PCR y el posterior análisis de 522 pares de bases del rRNA 16s del gen mitocondrial, se observó que el pariente más cercano de una especie en concreto de rana endémica de Soa Tomé, Ptychadena newtoni, se encontraba bastante lejos de la costa oriental africana. Esta otra especie cercana se denomina Ptychadena aff. Mascareniensis y se encuentra por la zona de Egipto, Kenya y Uganda. Al aparecer la especie más próxima a P. newtoni tan lejos de esta área geográfica, en concreto en el punto más lejano de la cuenca fluvial del río Congo, cabe suponer que el método de colonización de estos anfibios sería a bordo de conglomerados de troncos y tierra  arrastrados por el río hasta su desembocadura y posteriormente a las islas del golfo por la corriente del Congo. Sin embargo, este viaje de 1000 km sobre agua salada tiene el potencial de eliminar toda vida anfibia, aunque ciertos anfibios sean capaces de aguantar durante meses hasta un 65% de agua de mar gracias a que acumulan urea en la sangre. Pero si estas balsas naturales salen al mar coincidiendo con la época lluviosa, la salinidad de las aguas superficiales será baja y puede ayudar a los anfibios a perdurar más tiempo con vida y poder aguantar hasta el final del viaje, en caso de que lleguen a alguna isla.

Referencia bibliográfica.

G. John Measey,  Miguel Vences, Robert C. Drewes, Ylenia Chiari, Martim Melo  and Bernard Bourles (2007) “Freshwater paths across the ocean: molecular phylogeny of the frog Ptychadena newtoni gives insights into amphibian colonization of oceanic islands.”

Resumen de Predicting the impact of ocean acidification on benthic biodiversity: What can animal physiology tell us? by Sthephen Widdicombe, John I. Spicer

Debido a la revolución industrial la concentración de CO₂ en la atmósfera aumentó considerablemente (280ppm-380ppm) y el CO₂ emitido en los últimos 250 años ha sido absorbido por los océanos de mundo.

Gracias al sistema tampón fosfato se mantuvo el pH del océano entre 8-8,3 en los últimos 25 años pero a medida que aumentaba la industria el pH cayó 0,1 unidades (un aumento del 30% en la concentración de iones H⁺) es lo que se conoce como   ``Acidificación de los océano´´.

En la actualidad el aumento de la quema de combustibles fósiles y la fabricación de cemento ha producido una acidificación mucho mayor que en todos los años anteriores y esto ha causado un incremento en la hipercapnia.

Se cree que estas predicciones cambiaran la química del carbono del agua de mar teniendo un impacto enorme sobre la salud y la función de muchos organismos marinos y que la acidificación del océano reducirá la biodiversidad marina.

Ya que el ambiente bentónico tiene una gran importancia debido a su biodiversidad, se ha considerado si la acidificación del océano podría reducir la biodiversidad bentónica ya que una reducción de esta biodiversidad podría cambiar el ciclo del carbono y del nitrógeno.

Actualmente no hay muchos datos que determinen el impacto que podría producir la acidificación en la biodiversidad bentónica pero se cree que podría reducirse de diferentes formas:

·         Perdida de las especies que son sensibles a cambios en el pH.

·         La acidificación puede reducir también la diversidad taxonómica, debido a la mayor sensibilidad que presentan unos organismos frente a otros.

·         La pérdida de especie crítica, o una reducción de su actividad.

Debido a esto, está claro que los niveles altos de CO₂ en el medio marino tienen un impacto en la salud, función y actividad de muchos invertebrados bentónicos.

Hay datos generados por fisiólogos que han utilizado la exposición a valores altos de presión parcial de CO₂ (PCO₂) y han demostrado que el crecimiento y componentes del crecimiento (síntesis de proteínas) puede afectar de forma negativa la exposición a largo plazo a la hipercapnia en por ejemplo moluscos bivalvos y crustáceos.

Si exponemos al copépodo Acartia steueri a la hipercapnia en agua de mar de pH 6,8 se produce una disminución de la producción de huevos; en otros experimentos se realizó la exposición de Acipenser transmontanus a PCO₂= 1kPa y resulto que se produjo una reducción significativa en el pH del semen.

Se podría decir que a un pH de menos 7,5 la mortalidad de los espermatozoides se ve afectada.

Realizando experimentos sobre la acidificación  del océano y el calentamiento progresivo sobre cangrejo comestible Cancer pagurus, se ha descubierto que se producía una hipercapnia relacionada con la reducción de la temperatura en esta especie.

Estudios recientes de los fondos marinos sobre el Cangrejo tanner  mostró una compensación parcial de la acidosis extracelular cuando se exponía a la hipercapnia pero cuando la hipercapnia se agravaba por la hipoxia no se detectó compensación.

Los efectos combinados de la hipercapnia y la hipoxia en la ostra Crassostrea virginica produjo una reducción de los mecanismos de defensa celular, también mostraron una reducción en la respuesta inmune de Mytilus edulis cuando se expone a elevados niveles de CO₂, debido a esto hoy en día se debate si los organismos serán capaces de adaptarse o evolucionar en respuesta a cambios químicos del agua del mar, con la suficiente  rapidez como para mantener el ritmos al que cambia el fondo ambiental.

Otro debate abierto es que tanto los fisiólogos como ecologistas utilizan de forma poco acertada en ocasiones la palabra ``adaptarse´´ ya que hay individuos que para responder a cambios en su entorno lo que realizan es una aclimatación, y hay algunas evidencias de este hecho en organismos que son expuestos a la hipercapnia, como por ejemplo experimentos a corto plazo sobre el efecto de la hipercapnia en la mortalidad de juveniles de Sillago japonica que mostró un aumento  de normocapnia de 7-9% aproximadamente en CO₂ como resultado se produjo la mortalidad total en los primeros  15 minutos, mientras que después de una exposición paso a paso los individuos seguían con vida después de 18 horas; pero por ejemplo en copépodos la exposición gradual a la hipercapnia no produjo ninguna diferencia en los índices de mortalidad.

En concreto nos gustaría saber que ocurriría con la acidificación creciente del océano en un periodo de 10-100 años aunque no se conozca ninguna investigación actualmente. Hay algún estudio de evolución en respuesta al calentamiento climático global como hipótesis de que la sensibilidad térmica de algunas especies les impide adaptarse a temperaturas variables; esto fue probado en Drosophila melanogaster, donde se observaron diferencias evolutivas con relación a la temperatura en menos de 4 años y medio.

Otra cuestión es, si la acidificación del océano puede afectar a la diversidad taxonómica, primero tendríamos que saber qué grado de sensibilidad a la acidificación está relacionado con su filogenia. Los animales acuáticos que poseen branquias regulan el grado en que esas branquias son ventiladas en respuesta a diferencias en ambientes de O₂ y no de CO₂.

Se observaron los picos de CO₂ en la función respiratoria y esto puede permitir que veamos una relación entre la filogenia y la sensibilidad a la acidificación del océano.

La hipercapnia por ejemplo aumenta los latidos de los pleópodos y los movimientos respiratorios del pulpo, sin embargo no influyó en el riego de las branquias de la lapa Balanus balanoides por lo que podemos deducir que no son evidentes las diferencias en la sensibilidad de las especies a la hipercapnia.

El grado al cual un organismo puede alcanzar la compensación de pH ante el aumento de niveles de CO₂ podría ofrecer otro método de diferenciación en la sensibilidad frente a la hipercapnia entre grupos taxonómicos. La hipercapnia relacionada con la disminución en el pH intracelular parece estar casi totalmente compensada a las 24-48 horas en una amplia gama de invertebrados marinos,por el contrario es atípico lo que les ocurre tanto a la sepia Sepia officinalis como el pez que son capaces del mantenimiento de su pH extracelular en condiciones de hipercapnia,y muestran cerca de la compensación completa.

Pero todavía hoy en día no existe alguna prueba fisiología que demuestre que esta sensibilidad podría depender de la filogenia de un organismo. Si hay un elemento filogenético a la sensibilidad, parece más probable que tenga que ver con el equilibrio extracelular acido-base y/o pigmentos respiratorios. Hay una gran diferencia en las respuestas acido-base en relación a las especies de aguas poco profundas, ya que los animales de aguas poco profundas carecen de la capacidad de regulación acido-base para hacer frente a la exposición hipercapnica y por eso el secuestro de CO₂ sería más perjudicial para la fauna de aguas profundas.

Otra división biológica es que los organismos bentónicos también han demostrado ser susceptibles a la hipercapnia. Se sabe muy poco sobre las capacidades de la infauna bentónica pero se conoce que algunos organismos infaunales experimentan de forma natural condiciones de hipoxia e hipercapnia.

Por otro lado las especies calcificantes tiene también mayor riesgo de sufrir los efectos de la acidificación que las no calcificantes ya que las especies calcificantes utilizan CO₂ para crear estructuras o esqueletos carbonados y si se acidifica el medio cambia la concentración de CO₂ presente en el agua y esto les afectaría mas que a las no calcificantes.

Por lo que debemos asumir hoy en día que la perdida de especies será muy probablemente determinada para cada especie y por lo tanto, los impactos sobre la riqueza de especies y las medidas de claridad taxonómica serán muy difíciles de predecir; sin nuevos estudios, no se podrá determinar qué impacto causara la acidificación sobre la fisiología de los organismos marinos.

Astrid Villacorta Hernando -3ºGrado de biologia UPV

Resumen de “Effects of shape variations on the energy metabolism of the sand cricket Grillus firmus: a geometric morphometric analysis” by Roberto F. Nespolo, Roger D. Sepulveda, Luis E. Castañeda and Derek A. Roff

En este artículos los autores investigan la forma en la que un cambio en la morfología del grillo de la arena (Grillus firmus) afecta a sus tasas metabólicas, las cuales son muy dependientes de las tasas respiratorias (puesto que la mayoría de los animales tienen metabolismo aerobio). Los grillos y la mayoría de los insectos poseen un sistema respiratorio (un sistema intercambiador de gases) basado en las tráqueas y en la capacidad de difusión del O₂. Este sistema es muy eficiente pero tiene un gran inconveniente: se ve muy limitado por el tamaño (debe ser pequeño) y la forma del insecto, además de por la concentración de O₂ del aire (por eso se cree que durante el Paleozoico los insectos eran gigantes, porque la concentración de O₂ de ese período era muy superior a la actual). 

Muchos autores han estudiado cómo la forma y longitud de sólo las tráqueas afecta a las tasas metabólicas, pero en este estudio se analiza cómo afecta el cambio de todo el cuerpo del insecto (dividido en tres partes: cabeza, tórax y abdomen) al completo durante el desarrollo larvario. Exponen cuatro posibilidades con respecto a la ontogenia larvaria, la forma corporal y el metabolismo: la primera, hay un crecimiento isométrico en el que la aportación de las diferentes partes del cuerpo al metabolismo no varía; la segunda, hay un crecimiento isométrico pero hay cambios alométricos en el aporte a las tasas metabólicas por cambios en la distribución tisular; la tercera, hay crecimiento alométrico (las proporciones corporales cambian) sin consecuencias en el metabolismo; y cuarta (y última), hay cambio alométrico y sus aportaciones también varían. 

Utilizaron un análisis geométrico – morfométrico que permite estudiar los objetos (las ninfas) en un sistema con escala común. También utilizaron un respirómetro de flujo para determinar la concentración de CO₂ del aire (y con esto las tasas respiratorias y metabólicas) y su asociación a las deformaciones geométricas en un amplio rango de tamaños corporales de las ninfas, manteniendo siempre la temperatura superiores a los 25ºC. Usaron 88 ninfas  provenientes de una población original de 20 machos y 20 hembras  recogidas en el Norte de Florida en 1983. Todas fueron alimentadas con pienso de conejo Purina y el rango de peso variaba entre 0.3 y 1.5gr (lo que incluye casi todos los estados ninfáticos). También utilizaron fotografías digitales para definir ocho marcas de análisis geométrico en base a la morfología dorsal de las ninfas. Estas marcas fueron diseñadas con el objetivo de abarcar las todas las deformaciones que pueden ocurrir durante el desarrollo. Para evitar la aparición de artefactos por la superposición de todos los datos de variación morfológica a una escala común, las ninfas más pequeñas y las más grandes fueron comparadas con una configuración media de consenso.

Había 5 variables metabólicas y de variación corporal: tasa metabólica normal (AVG), tasa metabólica máxima (MAX), tasa metabólica mínima (MIN), tasa metabólica de letargo (REST) y tasa metabólica de actividad (ACT). Estaban estandarizadas en base a la masa corporal y relacionadas con los coeficientes de correlación de la deformación relativa(Rw) de Pearson. Sólo las deformaciones relativas que mostraban correlaciones significativas con por lo menos una variable metabólica fueron utilizadas en el modelo de predicción regresivo. Como hubo poca correlación, realizaron varios análisis de regresión usando las deformaciones como variables predecibles y cada variable metabólica como variables dependientes para determinar en qué medida los cambios metabólicos eran atribuibles a los cambios morfológicos.

Recogieron múltiples resultados tras finalizar el experimento. Las ninfas de pequeño tamaño mostraban variación en las marcas de tórax y abdomen, creando un acortamiento abdominal. En cambio, en las ninfas de tamaño grande mostraban el mismo efecto pero en otra dirección, se acortaba el tórax. Además esto venía acompañado de un conspicuo alargamiento del abdomen y un acortamiento de la porción caudal de las ninfas durante el crecimiento. El posterior análisis geométrico-morfométrico de todas las variables de forma mostró que las marcas que más contribuían a la variación morfológica eran las que se encontraban n las intersecciones entre la cabeza y el tórax y entre el tórax y el abdomen. Así mismo la relación entre la forma y las variables metabólicas mostraron que sólo las deformaciones  relativas 1, 4, 8, 9 y 10 estaban correlacionadas con por lo menos una variable metabólica, siendo 4 la única relacionada con todas. Los análisis de regresión mostraron a su vez que todas las variables metabólicas podían explicar significativamente las Rw4 y Rw8. La Rw4 estaba asociada a una elongación de la parte final del abdomen y la Rw8 a un acortamiento de la cabeza y un acortamiento del abdomen.

Las conclusiones fueron que a mayores tamaños corporales tendían a existir mecanismos de compensación (por ejemplo deformaciones) para mejorar la eficacia de la respiración. Actualmente en la mayoría de los insectos los movimientos respiratorios involucran  al tórax y el primer segmento del abdomen, pero en los Ortópteros (a los cuales pertenecen los grillos) el papel del abdomen parece cobrar una mayor importancia porque el intercambio de gases ocurre por diferencias de la presión abdominal de la hemolinfa por movimientos de contracción y expansión abdominal. La gran correlación entre el alargamiento del abdomen y el metabolismo energético mostrada en este estudio tiene una base funcional: la ventilación es más eficiente en tubos más largos. Dicho de otra forma, las deformaciones durante el crecimiento ninfático de Grillus firmus serían mecanismos de compensación para mejorar la respiración en los cuerpos grandes. Existen varias limitaciones para estos mecanismos que se desempeñan en el desarrollo, por ejemplo la competición por el espacio con otros órganos vitales como las gónadas. También hay otros efectos compensatorios morfológicos alternativos que no han sido analizados en este estudio y que se sabe que afectan a la eficacia respiratoria y al metabolismo, que deberán ser analizados en experimentos posteriores.

Unai Soloeta Rodero – 3º Grado Biología UPV

Resumen “High-fat diet acutely affects circadian organisation and eating behaviour” by Julie S. Pendergast, Katrina L. Braneckly, William Yang, Kate L.J. Ellacott, Kevin D. Niswender y Shin Yamakazi

En este artículo los investigadores estudiaron el efecto de una dieta rica en contenidos grasos (45% Kcal desde la grasa) frente a una dieta de pienso normal sobre los ciclos circadianos y el comportamiento alimenticio de ratones macho durante una semana de dieta (a corto plazo). Estudios anteriores han demostrado que las dietas ricas en grasa (HFD) afectan a múltiples facetas del ritmo circadiano, así que la hipótesis inicial del experimento era que afectaba a la relación los relojes central y periférico de los osciladores circadianos del hipotálamo (núcleos supraquiasmáticos, SNC) y de otros en tejidos periféricos del cerebro. Estos relojes adquieren una relación específica entre sí que coordina el comportamiento y la fisiología corporal con los períodos ambientales de luz-oscuridad y comer-moverse. Para comprobar ésto midieron las fases de actuación de la proteína de fusión génica circadiana (luciferasa) expresada por el gen PER2::LUC en tejidos ex vivo (cola fresca) mediante la datación los ritmos de la bioluminiscencia de su actuación en varios tejidos, y otros parámetros como el aumento de peso corporal y la variación en la conducta de alimentación y de actuación. 

Los ratones eran todos heterocigotos PER::2LUC y todos seguían ciclos de 12h luz – 12h oscuridad. Fueron destetados a los 21 días de edad y puestos en grupos de 2 a 4 por jaula. Durante las primeras 7 semanas recibían una dieta normal de pienso con agua ad libitum. Al cumplir 7 semanas eran llevados cada uno a su propia jaula y a las 8 semanas el pienso fue reemplazado bien por  HFD o bien por pienso fresco (el cambio de comida siempre se realizaba 3h antes del apagado de la luz, momento en el que también se medía el cambio en el peso corporal y la comida consumida) y a las 9 semanas se midió la expresión del genotipo PER2::LUC y los picos de actuación de la luciferasa en los SCN, la glándula pituitaria, el hígado, los pulmones, el bazo, la aorta, el complejo arcuato y adipocitos blancos de la gónada . Además su actividad general fue monitorizada durante todo el período de prueba por cámaras infrarrojas para medir sus períodos de alimentación y de actividad locomotora y la organización circadiana. Esto último se recolectó de un único ratón para cada tipo de dieta a los que cambiaron de dieta normal a HFD/pienso frresco a los 3 días (2.5h antes de apagar la luz).

Este experimento llevó a varias conclusiones sobre el efecto de una HFD la fisiología y regulación de ciclos circadianos en ratones, así como en su comportamiento. Para empezar, los datos recogidos de aumento de peso corporal y de la toma de comida por los machos con HFD en jaula propia tuvieron un cambio significativamente mayor en la masa corporal (10.15 ± 3.73%) frente a los de dieta normal (0.16 ± 2.45%). Además los ratones de HFD comían una cantidad menor de comida en función a su peso (20.82 ± 2.28gr frente a 27.99 ± 3 .52gr), aunque recibían más energía metabolizable (98.46 ± 10.78Kcal frente a 84.52 ± 10.62Kcal) que los de pienso fresco. Por otra parte la rutina de la actividad locomotora variaba inmediatamente después de la adición de la HFD, los ratones de pienso fresco tenían entre 5 y 6 horas de actividad durante el día mientras que los de HFD disiparon esta rutina.

Para comprobar el efecto de una HFD en la organización circadiana, se sometieron muestras de tejido ex vivo de la cola fresca al análisis de ritmos de bioluminiscencia de los tejidos citados anteriormente. Las fases de expresión de PER2::LUC del hígado se vieron claramente adelantadas en 5.1h en los ratones de HFD, y el ritmo de actuación en el bazo fue significativamente retardado (estadísticamente hablando) en 1.1h. El resto de tejidos no se vio afectado con respecto a la expresión de PER2::LUC  y la actuación de la luciferasa.

Para determinar si los cambios en las fases hepáticas eran acompañados por una alteración en los eventos alimentarios se utilizó el material de video recogido por las cámaras ultrarrojas. Los ratones de dieta normal solían comer en eventos nocturnos, acompañándolos de varios eventos diurnos. En cambio los ratones HFD espaciaron más estos eventos y los repartieron entre la noche y el día, teniendo menos por el día. El patrón de actividad también variaba, los HFD tenían fases más intensas y discretas de actividad locomotora diurna y eran eventos más dispersos a lo largo de las 24h, aunque este dato variaba de ratón a ratón.

Con los datos recogidos concluyeron que los tejidos centrales y periféricos no eran afectados en sus fases circadianas por una HFD de corta duración  (a excepción del hígado). Cómo las fases de este órgano varían también en función de la hora de las comidas, supusieron que el cambio se debía a la modificación de conducta más que a las variaciones de la expresión génica y la actuación proteica. Como he dicho anteriormente, concluyeron que los ratones alimentados con una HFD espaciaban más sus eventos alimentarios entre el día y la noche, mientras que los de pienso fresco tenían mayor actividad alimenticia nocturna (ritmos de 30% diurna - 70% nocturna aprox.). Quedó claro que una dieta rica en grasas modifica el comportamiento alimentario de los ratones, aunque la región cerebral del SNC no varió sus ritmos por una dieta de corta duración y el complejo arcuato tampoco. Finalmente propusieron la medida multi-unitaria de actividad neuronal in vivo como técnica de experimentación para experimentos venideros de los efectos de las HFD en estos ritmos. Así mismo, si el  impacto de una HFD en el hígado es consecuencia del cambio en la rutina alimentaria o por un efecto más directo de la dieta es algo que debe estudiarse en estudios  futuros.

Unai Soloeta Rodero – 3º Grado Biología UPV

Resumen "El Gen Egoísta" de Richard Dawkins

En esta obra Richard Dawkins nos da una visión diferente de la Teoría de la Evolución darwinista y del modo de actuación de la fuerza evolutiva más conocida: la Selección Natural. En su “Teoría del gen egoísta” Dawkins propone que los agentes sobre los que opera la evolución no son los individuos o las especies, sino los genes. Además redefine el concepto de gen como unidad de información heredable que produce uno o varios efectos mientras que puedan existir otras unidades de información semejantes pero con efectos distintos denominadas “alelos”, pudiendo ser simples genes aislados o grupos de genes que cooperan entre sí. El “egoísmo” de los genes es una metáfora que trata de explicar que el éxito de un gen en una población depende de su capacidad de adecuarse al ambiente, y expone que cada gen sólo mira por sí mismo y sólo actuará en caso de que le reporte beneficio a sí mismo, en caso contrario no lo hará. 

Pero, ¿cómo comenzó todo esto? Dawkins propone que en el caldo de cultivo primigenio en cierto momento apareció una molécula muy especial: el primer replicador, una molécula capaz de hacer copias de sí misma. Lógicamente esta molécula tendría un gran éxito y se expandiría por todo el caldo, replicándose sin parar. Pero ningún proceso de copia es perfecto y por tanto no pasaría mucho tiempo antes de qué existiesen varios tipos distintos de replicadores, todos compitiendo por la materia orgánica disponible. El éxito de cada tipo de replicador dependería de tres factores importantes: la longevidad, la fecundidad y la exactitud de la réplica. Por este motivo los factores que mejorasen estas características serían rápidamente seleccionados como exitosos. De esta forma Dawkins plantea el origen de los genes y su continuidad en el tiempo, puesto que son las moléculas en las que se basa toda la vida y a partir de las cuales se ha desarrollado la diversidad actual. Dada la gran diversidad de replicadores es lógico que se juntaran en grupos que fuesen capaces de mejorar las probabilidades de heredarse, y es viable que desarrollasen diferentes tipos de “vehículos” y estrategias para este propósito. Los genes formaron los cuerpos como vehículos que les permiten perpetuarse en el tiempo por medio de la reproducción, máquinas que deben sobrevivir hasta haber alcanzado este fin concreto. Por ello los cuerpos compiten entre sí para ser los que mejor alcancen esta meta, y los genes de mayor éxito son los que crean cuerpos de mayor éxito.

Así pues los individuos pasan a ser simples recipientes que guardan a los genes, cuya única misión es reproducirse para que esos mismos genes sigan existiendo en la siguiente generación. Los genes que funcionan bien entre sí tienden a estar juntos porque juntos tienen más éxito y más probabilidades de heredarse que estando solos, y los recipientes que los contienen tienen también mayor éxito y son por tanto más comunes.

De todo lo expuesto anteriormente se deduce que la unidad básica de selección natural no es la especie ni el individuo, sino los genes que son lo único que queda en la siguiente generación y por tanto eternos. El “gen” pasa a ser la unidad de información más pequeña capaz de sobrevivir durante varias generaciones y de  verse afectada por el proceso de selección, al ser lo más parecido a un agente evolutivo independiente que hay. La peor característica de un gen es el altruismo, puesto que la selección natural implica la supervivencia diferencial en un acervo amplio y con muchos competidores. Así la evolución se convierte en el proceso en el cual algunos genes crecen y otros menguan en el acervo genético a lo largo del tiempo.

Como he dicho ya la finalidad de los individuos es la perpetuación de los genes que contienen y sus mayores rivales son el resto de individuos que no contienen la misma información, el “entorno”, sobre todo si son de la misma especie. Así se contempla la formación de estrategias: políticas de comportamiento preprogramadas que no tienen por qué ser conscientes. Una Estrategia Evolutivamente Estable (EEE) es aquella que una vez es utilizada por la mayor parte de una población no puede ser mejorada por ninguna de sus copias o alternativas, ya que la mejor estrategia para un individuo depende de lo que haga el resto de la población. Por tanto un acervo genético de una población será un conjunto de genes que no pueden ser invadidos por otros genes, y todo cambio dentro de este conjunto será penalizado por la Selección Natural, aunque ocasionalmente pueda darse el caso tras lo cual habrá un nuevo momento de inestabilidad transitoria hasta que se reasigne otra EEE. De esta forma ocurre la evolución.

Los grupos familiares son el único caso en el cual el autor considera posible el altruismo real, dado que todos los miembros comparten los mismos genes. También explica que los grupos de animales no emparentados existen porque aportan más beneficios que inconvenientes a cada animal, y por tanto a sus genes. Si vivir en grupo es más fácil que vivir en solitario, en grupo hay más probabilidades de reproducirse y por tanto beneficia a los genes.

Por último, el autor presenta a los “memes”. Llevando la evolución más allá de la biología pura, expone que la cultura es una estructura análoga en su funcionamiento a los genes aunque no se hereda, y que por tanto se rige por el mismo egoísmo (no sólo la cultura humana). En este caso la fecundidad es el factor más determinante de su transmisión. La “idea-meme” es la unidad cultural básica en un gran acervo de memes y se propaga por imitación de cerebro a cerebro, como un parásito. Los procesos de imitación no son perfectos y pueden dar lugar a mutaciones en el meme original. Y, al igual que los genes, los memes se refuerzan y cooperan entre ellos para la supervivencia mutua en el acervo. Pero también pueden entrar en contradicción, para lo que la selección se encarga de favorecer a aquellos que explotan su medio cultural para su propia ventaja. Finaliza su obra con un toque positivo, valorando los memes como otra forma de inmortalidad y como auténticos rivales de los genes que podrían hacerlos llegar a un segundo plano en la evolución.

Unai Soloeta Rodero - 3º Grado Biología UPV