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

Inauguración

¡Bienvenidos! :

Somos cuatro estudiantes de Biología de la universidad del país vasco (upv/ehu).

La temática del blog, está relacionada con el mundo animal (fisiología animal, respuesta de los animales a ciertos ambientes, adaptaciones, genética animal…), por lo que se tratará de explicar de forma sencilla, algunos mecanismos desarrollados, por los animales.

Durante los próximos meses podréis encontrar valoraciones de artículos de interés científico sobre el complejo mundo animal.

Esperamos que aprendais un poco más acerca de estas "máquinas perfectas".
 

                                                                                                                    

                                                                                                         

    Gorka, David, Unai y Astrid