Sobre humanos, aves y escarabajos peloteros: usando las estrellas como guía

 

Cuando Calipso fue finalmente convencida por Hermes para dejar a Ulises volver a su isla, la ninfa dio al héroe griego instrucciones muy precisas. Tras dejar Ogygia, la isla de Calipso, Ulises debía "mantener [la Osa llamada el Carro por sobrenombre] a mano izquierda durante la travesía". En el hemisferio norte, todas las estrellas parecen rotar alrededor de un punto fijo en el cielo, el polo norte celeste, que indica la dirección norte geográfica. El Carro (Ursa Major) está cerca de dicho polo celeste, más aún entonces que ahora. Durante la noche esta constelación "gira siempre en el mismo lugar, [...] y es la única que no se baña en el Océano". Manteniéndola a babor, Ulises pudo navegar hacia el este sin apartarse de su rumbo y, tras muchas peripecias, llegó a Ítaca a tiempo para agradecer a todo el mundo haber respetado a su mujer y sus propiedades.

Este pasaje de la Odisea es probablemente la mención más antigua del uso de las estrellas para la navegación y se pueden encontrar otros ejemplos en la literatura clásica. Algunos de los métodos de orientación celeste más elaborados, como el inventado por Polinesios y Micronesios para navegar largas distancias entre las islas del Pacífico, sobrevivieron mucho tiempo a la adopción generalizada de la brújula magnética por otras civilizaciones. Aunque parezca sorprendente, otras especies también han usado las estrellas para la navegación mucho antes que nosotros, y aún siguen haciéndolo.

Figura 1. El polo norte celeste cambia de lugar lentamente, un proceso llamado precesión. Ahora está cerca de la estrella Polaris, y lo volverá a estar en unos 26 000 años, pero en el momento en el que la Odisea fue escrita estaba en otro punto del cielo. | Fuente: Tauʻolunga / Wikimedia Commons

Muchas aves migratorias tienen la extraordinaria habilidad de regresar tras haber sido desplazadas —sin visión exterior durante el recorrido— miles de kilómetros hacia zonas geográficas desconocidas para ellas [1]. Sabemos que algunas de ellas usan información del cielo estrellado y del campo magnético para orientarse [2]. En los años 60 y 70, Stephen y John Emlen llevaron a cabo cuidadosos experimentos en un planetario, descubriendo que el azulejo (Passerina cyanea), un pequeño pájaro, puede usar el cielo para orientarse hacia una determinada dirección. Experimentos posteriores por Wiltschko y sus colegas mostraron que las currucas mosquiteras (Sylvia Borin) pueden aprender el punto de rotación de un cielo estrellado artificial, y usarlo luego para orientarse. Estos pájaros no parecen tener ideas innatas sobre la posición del polo celeste en el cielo estrellado, una posición que ha cambiado de todos modos durante su evolución (ver figura 1).

Figura 2. La pulsión migratoria en ciertas aves es tan grande que durante la noche saltan hacia la dirección de migración mientras están enjauladas. Estos saltos se pueden registrar con sensores (o cinta de máquina de escribir en la época analógica) en un dispositivo experimental conocido como Embudo de Emlen. | Fuente: Mouritsen (2001)

Algunos navegadores nocturnos son insectos bastante poco sospechosos de tener habilidades astronómicas. Los escarabajos peloteros no necesitan migrar a territorios lejanos, pero tienen que cumplir con la igualmente digna tarea de rodar sus bolas de excremento hacia una zona de tierra húmeda, donde puedan enterrarlas antes de que se sequen o sean robadas por otro escarabajo. Como un humano, sin información sobre la dirección el escarabajo empezaría a andar en círculos y se arriesgarían a encontrar el punto adecuado cuando sus bolas de excremento se hayan secado demasiado como para poner sus huevos en ellas. Es aquí donde saber algo de orientación celeste puede ayudar al escarabajo pelotero.

Si la intención de Ulises hubiese sido huir rápidamente de su amante sin preocuparse tampoco de volver a Ítaca, podría haber elegido cualquier estrella o la Luna como referencia, garantizándole un camino recto al menos por un par de horas. El escarabajo pelotero, sin embargo, tiene un problema para seguir esta estrategia. Sus ojos compuestos sacrifican parte de su ya de por sí baja resolución espacial para tener más sensibilidad y muy probablemente son incapaces de detectar incluso las estrellas más brillantes. Pueden usar la luna como referencia, o el tenue halo de luz polarizada que produce en el cielo, pero... ¿Qué pueden hace en una noche sin luna?

En un reciente artículo, Marie Dacke, Eric Warrant y sus colegas de Suecia y Sudáfrica responden a esta pregunta. Observaron que escarabajos peloteros africanos podían caminar en (razonablemente) línea recta bajo un cielo sin luna, pero que caminaban sin rumbo cuando los investigadores ocultaban su visión de las estrellas con un gorrito de cartulina (ver figura 3, A y B). Escarabajos con gorros similares, pero transparentes, andaban en línea recta. Queda claro que usaban alguna información del cielo estrellado para orientarse.

Pero dado que el ojo de un escarabajo pelotero es probablemente incapaz de distinguir estrellas, Marie Dackie y sus colegas probaron si podía detectar su distribución general, que no es homogénea dado que la mayor parte están cerca de la banda de la Vía Láctea. Para ello, dejaron que los escarabajos rodasen sus bolas de excremento bajo el cielo artificial de un planetario. Los escarabajos siguieron caminos razonablemente rectos al proyectar todas las estrellas o sólo la Vía Láctea, pero no podían si sólo se proyectaba la distribución de las 18 o de las 4000 estrellas más brillantes (ver figura 3).

Figure 3. A) Caminos del escarabajo pelotero en una noche sin luna, con posibilidad de ver el cielo o impidiéndoselo B) Gorro de cartón usado para ocultar la visión del cielo de los escarabajos. C) Cielo nocturno visto por el ojo de un escarabajo. Sólo la Vía Láctea y quizás la estrella Vega (en el círculo azul) son distinguibles. D) El tiempo tomado por los escarabajos para llegar al borde de un círculo de 2m se tomó como medida de la habilidad de los escarabajos para caminar en línea recta tanto en el planetario y en el campo. Un escarabajo al que se le muestra la Vía Láctea se orienta sólo un poco peor que uno al que se le muestra todo el cielo estrellado. | Fuente: A,B and D tomados de Dacke et al (2012) , C tomado de  J.L. Gould “Animal Navigation: A Galaxy of Cues.” Current Biology Biol 2013 23:R149-R150. ; doi:10.1016/j.cub.2013.01.003.

El artículo de Dackey sus colegas recibió el premio Ig-Nóbel este año porque es imaginativo, divertido y abre todo un mundo de posibilidades. Ahora que sabemos que no se necesita un ojo como el humano para orientarse con las estrellas, insectos y pequeños anfibios se unen al grupo de los sospechosos habituales formado por aves migratorias y mamíferos marinos. No me sorprendería si hay todo un mundo de pequeños Ulises esperando a ser descubiertos.

Referencias

1. K. Thorup and R. A. Holland “The bird GPS: Long-range navigation in migrants” J Exp Biol 2009 212:3597-3604. ; doi:10.1242/jeb.021238 
2. H. Mouritsen ”Navigation in birds and other animals” Image and Vision Computing 2001 19:713-731 
3. Dacke M., Baird E., Byrne M., Scholtz C. Warrant E. (2013). Dung Beetles Use the Milky Way for Orientation, Current Biology, 23 (4) 298-300. DOI: 10.1016/j.cub.2012.12.034 

Originalmente publiqué este artículo en inglés como colaboración para Mapping Ignorance: "On humans, birds and dung beetles: using stars for orientation".  

Entendiendo como las moscas detectan el movimiento

La tremenda maniobrabilidad en vuelo de una mosca no sería posible sin sus avanzados sensores. Uno de ellos, sus grandes ojos compuestos, pueden detectar el movimiento en cada punto de la imagen, trasmitiéndolo a otras neuronas que usan esta información para inferir el movimiento de la mosca respecto al mundo. Pese a décadas de trabajos teóricos estudiando estos detectores elementales de movimiento, no se ha podido identificar el circuito neuronal que lo implementa. Recientes avances en el conocimiento de las neuronas y sus conexiones en el sistema visual de la mosca pueden poner punto final a un problema abierto desde hace décadas.

Si quieres conocer los detalles, puedes leer (en inglés) mi última colaboración para mapping ignorance.

Foto: Matthew Parsons

17 de octubre, día de luto por la I+D española

 

Los Presupuestos Generales para el año 2014, salvo improbables enmiendas durante su proceso parlamentario, prevén tímidas subidas en la partida de I+D. La partida de I+D civil, por ejemplo, aumentará en un 1.3% (siendo el aumento del presupuesto no financiero del 6.1%). El presupuesto de I+D militar, en comparación, aumentará en casi un 40%. Organismos en tantas dificultades como el CSIC (que sufrió un recorte del 10% en 2013), ven aumentado su presupuesto un miserable 0.1%. Por segundo año consecutivo, los Presupuestos mencionan la creación de la prometida Agencia Estatal de Investigación; eso sí, sin prever ningún tipo de presupuesto. Estas tímidas mejoras, las primeras en cinco años, contrastan con el gigantesco recorte acumulado que ha sufrido la I+D en España desde 2008. El apartado de subvenciones, en particular, se ha reducido desde 3.798 millones de euros en 2008 hasta 2.250 millones de euros, y en 2014 quedará a niveles inferiores a 2006. 

Huelga decir que ninguna de las peticiones de la Carta por la Ciencia ha sido satisfechas. Por todo ello, el colectivo Carta por la Ciencia han convocado un día de luto por la I+D en España. Ocurrirá mañana, 17 de octubre, coincidiendo con el septuagésimo noveno aniversario del fallecimiento de nuestro más ilustre científico. Hay previstas concentraciones a las puertas de los centros de trabajo y en los rectorados de las universidades de toda España, a las 12 del mediodía, y se seguirá en twitter bajo el hashtag #lutoporlaciencia. Fuera de España también habrá algún evento. Si eres un investigador español en Reino Unido, puedes mandar tus fotos a online[arroba]sruk.org.uk. A los que no puedan asistir a ninguno, pueden colaborar usando el siguiente lazo negro en sus fotos de perfil:

 Bonus (vía @eduolpe):

El carril bici del gen BRCA2

Cambridge es una ciudad bastante friki. Sirva como ejemplo este carril bici inspirado en el código genético que me encontré entre el sur de Cambridge y Shelford, corriendo paralelo a las vías del tren. Uniendo la tradición ciclista y científica de la ciudad, 10.257 franjas de colores —rojo para timina, amarillo para guanina, azul para citosina y verde para adenina— representan las bases de BRCA2, un gen supresor de tumores. También plantaron cuatro especies de árboles, haciendo referencia igualmente a las cuatro bases nitrogenadas que componen el código genético. Al comienzo y al final de la ruta, dos dobles hélices representan la estructura del ADN, a una escala 1:750.000.000.

Se completó en septiembre de 1995 para celebrar la milla (sí, por desgracia aquí siguen con el Sistema Imperial) número 10.000 de la red de carriles bici. El encargado de inaugurar el carril fue Sir John Sulston, que notó que para representar el genoma humano entero a la misma escala, el carril tendría que dar la vuelta a la Tierra 15 veces.



Más información: Sustrans: Addenbrooke's to Great Shelford

Sobre neuronas y explosiones nucleares

Las técnicas que han permitido cuantificar el nacimiento de nuevas neuronas en animales adultos no se pueden aplicar fácilmente a seres humanos. Como consecuencia, hasta muy recientemente no se ha podido probar en qué partes del encéfalo de un adulto es importante este fenómeno.

Si quieres saber cómo un grupo de investigadores ha resuelto este problema, sigue leyendo en mi colaboración para Mapping Ignorance "On Neurons and Nuclear Explosions".

Reseñas rápidas de tres libros sobre biología

En los últimos meses me he dedicado a leer libros de divulgación sobre biología en general. Tres libros (relativamente) recientes me han llamado la atención especialmente, así que voy a compartirlos aquí junto a una pequeña reseña de cada uno.

1. Nick Lane, "Power, sex, suicide: mitochondria and the meaning of life"

Pese a su título, este es un libro de divulgación bastante serio y un tanto complejo. El autor, en un magnífico estilo, coloca a las mitocondrias, esos orgánulos en tus células dedicados a la respiración, en el lugar central que se merecen.

La respiración, ya sea en una bacteria o en tus mitocondrias, tiene que ver con mover protones a través de una membrana. El uso de la membrana exterior por parte de las bacterias para este proceso, produce unas restricciones en cuanto a tamaño y complejidad que no se aplican a organismos con mitocondrias. Tras millones de años de evolución bacteriana, la aparición de la célula eucariota —originalmente una simbiosis con los antepasados bacterianos de las mitocondrias— fue el suceso clave que desencadenó la evolución de organismos más complejos.

Nick Lane explica luego la importancia de las mitocondrias para el surgimiento de la reproducción sexual, y cual es la razón de que el ADN mitocondrial se trasmita exclusivamente por vía materna. Finalmente, Lane explora la relación de las mitocondrias con el envejecimiento de los organismos y con la apoptosis, el espectacular botón de suicidio instalado en las células de organismos multicelulares.

2. Andrew Parker, "In the Blink of an Eye: The Cause of the Most dramatic Event in the History of Life"

Hace 543 millones de años la vida sobre la Tierra era bastante aburrida. La mayor parte de los casi 40 phyla (subdivisiones más amplias) del Reino Animal estaba ya representada, pero los animales no presentaban por lo general partes duras ni otras especializaciones características de sus formas actuales. Simplificando mucho, se podría decir que los animales de diferentes phyla, pese a sus diferentes organizaciones internas, externamente se veían casi todos como "gusanitos".

Hace 538 millones de años, sólo 5 millones de años después, todo había cambiado. La mayoría de los phyla se podían identificar con sus formas actuales. Esta diversificación repentina afectando a un porcentaje tan amplio del Reino Animal no se ha vuelto a repetir. Aún no hay consenso sobre la causa de este evento, conocido como explosión cámbrica. En este libro, Andrew Parker propone que la aparición de los primeros ojos (en ciertas especies de trilobites), cambiaría las reglas del juego para siempre. La explosión cámbrica sería principalmente la adaptación de las diferentes especies a la depredación visual.

El libro de Parker, aunque quizás más controvertido y peor escrito que el anterior, es más accesible al público en general.

3. Iain McCalman "Darwin's Armada: Four Voyagers to the Southern Oceans and Their Battle for the Theory of Evolution"

Este es un libro sobre Charles Darwin, Joseph Hooker, Thomas Huxley y Alfred Wallace. Pese a sus diferencias de edad —Darwin era una generación anterior a los demás— y de clase —Darwin y Hooker nacieron en familias acomodadas, mientras que Huxley y Wallace vieron la pobreza de cerca—, las vidas de estos cuatro biólogos tuvieron bastante en común.

La primera parte del libro es la historia de sus viajes de juventud, que establecieron la base de sus respectivas carreras, y que estuvieron cerca de llevarse la vida de alguno de ellos. En la segunda parte, vemos cómo Darwin va dando forma, conocido sólo por su círculo de amistades más íntimo, a su teoría de la evolución, y de cómo Wallace desarrolló la misma teoría de forma independiente. En la parte final asistimos a la lucha conjunta de los cuatro para que la comunidad científica de la época acepte la nueva teoría.

Un gran libro para aquellos que quieran una aproximación a este episodio clave de la historia de la ciencia.