24 de septiembre de 2017

Una batalla milenaria

Esporofito de Equisetum arvense, un equiseto que crece en márgenes de ríos y masas de agua. Sus hojas vestigiales han quedado reducidas a pequeños verticilos de color negro y sin capacidad fotosintética alrededor del tallo. Estuario del río Bann, Portstewart (Irlanda del Norte)
Esporofito de Equisetum arvense, un equiseto que crece en márgenes de ríos y masas de agua. Sus hojas vestigiales han quedado reducidas a pequeños verticilos de color negro y sin capacidad fotosintética alrededor del tallo. Estuario del río Bann, Portstewart (Irlanda del Norte)



¿Por qué hay plantas que utilizan esporas y otras semillas? ¿Qué sistema es mejor?

Desde su origen, los vegetales nos llevan unos cientos de millones de años de ventaja a los animales en esto de colonizar el planeta y han tenido mucho más tiempo de experimentar con diferentes estrategias reproductivas, algunas fallidas y otras exitosas incluso durante algunos millones de años. Pero la mayor parte de ellas se vieron superadas ante la nuevas tácticas que se iban sucediendo en el reino vegetal. El registro fósil y la filogenia nos cuentan cómo ocurrió así 
entre los vegetales una lenta pero incesante batalla por el dominio del planeta a lo largo de la cual colonizaron el mar y la tierra emergida adaptándose y transformando el planeta a sus necesidades.

Durante su avance desde los océanos hacia el medio terrestre, se enfrentaron a nuevas amenazas para su supervivencia. En este nuevo entorno la radiación ultravioleta del Sol, más directa que en sus océanos de origen, era capaz de degradar el material genético de sus gametos y la falta de agua podría deshidratar sus embriones. Si querían asegurar la reproducción sexual y la supervivencia de la especie, ni los gametos ni los embriones podían ser liberados al medio sin más, sino que debían protegerlos mediante estructuras que asegurasen su viabilidad y dispersión.

En un punto de esta carrera por la supervivencia, a finales del Devónico (hace unos 400 millones de años) hicieron aparición los primeros representantes de uno de aquellos grupos de plantas pioneras en la colonización terrestre cuyos descendientes han conseguido llegar hasta nuestros días: los equisetos (cl. Equisetopsida). Aunque hoy en día tengan una representación mínima entre los vegetales del planeta y no llamen demasiado nuestra atención puesto que no suelen sobrepasar el metro de altura, estas plantas tuvieron su momento de máximo esplendor hacia el Carbonífero, alrededor de 350 millones de años atrás, cuando formaban bosques de hasta 20 metros de altura.

Para superar aquellas condiciones tan hostiles, antes de la existencia del polen para proteger los gametos y de las semillas para proteger los embriones, los equisetos como otras plantas del grupo de los helechos (Div. Monilophyta) recurrieron a las esporas como método de dispersión.

Pero ¿qué hay dentro de una espora? Pues ni gametos ni embriones.


Esporangios en el extremo apical del tallo de Equisetum arvense. En ellos se generan las esporas que serán liberadas al medio para dar lugar al gametofito.
Esporangios en el extremo apical del tallo de Equisetum arvense. En ellos se generan las esporas que serán liberadas al medio para dar lugar al gametofito.



Todos los seres vivos con reproducción sexual tienen en algún momento de su vida células con un sólo juego de cromosomas o haploides (n); y células con dos juegos de cromosomas o diploides (2n). En función de cual de éstas formas celulares predomina en su ciclo vital, éste puede ser haplonte, como es el caso de muchas algas, en las que casi todo el ciclo lo forman células haploides; o diplonte, como es nuestro caso, ya que todas las células de nuestro organismo son dipliodes a excepción de los gametos que son haploides.
Y aún existe un caso más. Las plantas vasculares, como los equisetos de esta entrada o las angiospermas tienen un ciclo de vida que se considera haplodiplonte, pues dentro de una misma generación se alternan individuos haploides y diploides, que no pueden existir el uno sin el otro.

El individuo que habitualmente vemos, tiene sus células diploides (2n), recibe el nombre de esporofito y su finalidad es producir las esporas. El otro individuo, prácticamente invisible a nuestros ojos, es el gametofito. Tiene todas sus células haploides (n) y su función es producir gametos para que pueda ocurrir la reproducción sexual y el intercambio genético.

(Esta imagen ilustra lo que viene a continuación, comenzando desde el esporofito).

Cuando vemos un equiseto, un helecho, o incluso un árbol, en realidad sólo estamos viendo el esporofito de la especie, que supone la mitad de su ciclo. Toda esa estructura tiene como única finalidad formar los esporangios como los que vemos en las fotografías (o como esas estrucuras marrones en el envés de los frondes de los helechos). En estos esporangios ocurre una meiosis que dividirá las células diploides (2n) y sus núcleos para dar lugar a unas células haploides (n), las esporas.
Cuando esas esporas son liberadas y caen en un lugar apropiado, más o menos alejadas de la planta madre, empiezan a formar unas raicillas llamadas rizoides, y una pequeñísima lámina de forma acorazonada que crecerá a ras de suelo o incluso bajo tierra (el caso de las gimnospermas y angiospermas es diferente y las esporas nunca llegan a liberarse)En el caso de los equisetos esta lámina contiene clorofila, que le permite realizar la fotosíntesis. Esta diminuta y frágil estructura, con todas sus células haploides producidas a partir de una sola espora, es el gametofito y se encarga de la otra mitad del ciclo: la importantísima misión de formar los gametos. 
Cuando el gametofito alcanza unos pocos milímetros de tamaño, en su superficie comienza a formar dos tipos de estructuras: los arquegonios, con forma de cavidad dentro de la cual se generan los gametos femeninos, esféricos e inmóviles; y los anteridios, que generan y liberan los gametos masculinos. Esos gametos masculinos (n) poseen unos flagelos que les permiten desplazarse y "nadar" por superficies húmedas hasta alcanzar los arquegonios, en los que se encontrarán con los gametos femeninos (n) con los que deberán fusionar su núcleo y mezclar sus genes para dar lugar a un cigoto, que volverá por lo tanto a ser diploide (2n). Ese cigoto se comenzará a desarrollar, protegido dentro del mismo arquegonio, formando un embrión que pronto generará sus propias raíces para captar nutrientes y su propio tallo con clorofila para realizar la fotosíntesis, dando lugar así a un nuevo esporofito y cerrando el ciclo. Cumplida su misión, el gametofito, ese diminuto individuo que produjo los gametos y dio protección al embrión durante sus primeros momentos, se degradará hasta desaparecer.

Este ciclo de vida, pionero en su momento pero ahora algo obsoleto, sirvió a los equisetos para encabezar la colonización del planeta durante el Carbonífero, hace 350 m.a. 
Pero a finales de ese periodo, hace 300 m.a, un grupo mucho más especializado dio sus primeros pasos para ganar esa batalla. También forman esporas, pero no las liberan al medio, sino que sus microscópicos gametofitos se desarrollan protegidos sobre el mismo esporofito materno. Con sus gametos capaces de viajar por el aire o por medio de animales y sus embriones encapsulados en semillas que los protegen y dispersan, las fanerógamas (div. Spermatophyta) llegaron para quedarse y dominar el medio terrestre.

Así que la próxima vez que nos encontremos con un helecho o un equiseto, no estaría de más pararse a observar los esporangios (que aparecen entre primavera y otoño) y pensar que en el suelo de nuestro alrededor probablemente estén creciendo diminutos gametofitos que si tienen éxito engendrarán la siguiente generación de estas plantas tan especiales.

Y de propina...
A pesar de que los equisetos actuales no alcancen un tamaño tan impresionante como sus parientes del Carbonífero que formaban bosques, existe una especie que crece en América Central y Sudamérica, Equisetum giganteum, cuyos esporofitos alcanzan los 5 metros de altura.



Dominio
Reino
Subreino
División
Clado
Clado
Clase
Orden
Familia
Género
Especie
Eukarya
Archaeplastida
(Plantae)
Embryophyta
Embryophyta
Tracheophyta
Monilophyta
Equisetopsida
Equisetales
Equisetaceae
Equisetum
E.arvense

21 de junio de 2017

De los cielos a los mares

El pingüino de Magallanes (Spheniscus magellanicus) se reproduce en las tierras más australes del continente Americano. Isla Magdalena (Chile).
El pingüino de Magallanes (Spheniscus magellanicus) se reproduce en las tierras más australes del continente Americano. Isla Magdalena (Chile).



Con un cuerpo más parecido a un botijo que a la típica forma de ave a la que estamos acostumbrados, el pingüino de Magallanes (Spheniscus magellanicus), como el resto de pingüinos, ha dado la espalda a toda adaptación al vuelo adquirida desde que las aves comenzaron su camino de especialización al medio aéreo.
Bueno, vale que no siguen los cánones de belleza en lo que a aves se refiere, pero sería injusto compararlos con un botijo sin explicar las ventajas de este diseño corporal que realmente tiene bastante más similitudes con un barco o un torpedo.
Ya hemos visto algún grupo de aves adaptadas a la caza bajo el agua, pero los pingüinos ganan por goleada en lo que a buceo se refiere.
Han sacrificado toda posibilidad de levantar el vuelo al acortar y comprimir los huesos alares y han soldado sus articulaciones para convertir sus alas en auténticos remos que les sirven para propulsarse bajo el agua.
Al contrario que el resto de aves, con huesos esponjosos y ligeros para facilitar el vuelo; los pingüinos han aumentado la densidad de los suyos para pesar más y flotar menos. De este modo les es más energéticamente económico sumergirse en el océano en busca de alimento.
Todos sabemos lo extremadamente torpes que pueden llegar a ser en sus desplazamientos en tierra. Ocurre exactamente lo mismo cuando nosotros (con un cuerpo adaptado al caminar de forma bípeda y erguida) tratamos de caminar a cuatro patas como el resto de primates. El cuerpo de los pingüinos, como el de muchas aves y la mayoría de animales, es perfecto para desplazarse con la cabeza (donde se concentran por lo general los órganos de los sentidos y la boca) por delante. El único problema es que para este tipo de desplazamiento en tierra las patas deberían situarse, como ocurre en la mayoría de las aves, en la zona ventral, equilibrando así el peso y el centro de gravedad del cuerpo. Por esto, fuera del agua su vida en la colonia parece lenta y apacible, dedicando buena parte de su tiempo a descansar y alimentar a sus crías.

Sin embargo, exactamente igual que ocurre con las focas, que ni siquiera son capaces de tenerse en pie y cuya morfología corporal es tremendamente parecida a la de los pingüinos en un caso flagrante de convergencia evolutiva; las extremidades traseras de los pingüinos se sitúan en el extremo posterior del cuerpo. Allí cumplen perfectamente el papel de timón durante sus inmersiones, exactamente igual que ocurre con el timón en cualquier transporte acuático o subacuático inventado por el ser humano.



Las patas de los pingüinos se sitúan en el extremo posterior del cuerpo donde, aunque comprometen seriamente su desplazamiento en tierra son extremadamente útiles para hacer de timón durante las inmersiones.
Las patas de los pingüinos se sitúan en el extremo posterior del cuerpo donde, aunque comprometen seriamente su desplazamiento en tierra, son extremadamente útiles para hacer de timón durante las inmersiones.

Por dentro, su cuerpo también está adaptado a la vida bajo el agua. 

Sus músculos contienen grandes cantidades de mioglobina, una molécula análoga a la hemoglobina pero que actúa reteniendo el oxígeno en el tejido muscular. 
Durante su búsqueda submarina de alimento, el oxígeno se convierte en un bien aún más preciado que fuera del agua. Los pingüinos deben decidir sobre dónde invertir el que tomaron en el momento de la inmersión. Para ello su organismo posee dos técnicas diferentes.
Cuando se sumergen su organismo cuenta con tres almacenes de oxígeno: el aire de los pulmones, la hemoglobina en la sangre y la mioglobina en los músculos. A medida que avanza el tiempo bajo el agua sus niveles de oxígeno van disminuyendo, especialmente en los músculos, que son los que más consumen durante los movimientos natatorios; de modo que éstos comienzan un metabolismo anaerobio, empezando a funcionar sin oxígeno. Este metabolismo tiene un inconveniente, y es que durante la producción anaerobia de energía en los músculos se acumula un subproducto conocido como ácido láctico, que puede resultar tóxico en grandes cantidades.
Es aquí donde los pingüinos deben optar por una de las dos estrategias. Por un lado, pueden seguir suministrando a los músculos oxígeno desde la sangre, disminuyendo el disponible para los órganos vitales (cerebro y corazón entre otros), lo que les permite seguir buceando por un tiempo limitado si no quieren poner en riesgo su vida. Por otro lado, pueden cortar el aporte de oxígeno a los músculos y seguir produciendo ácido láctico, alargando la inmersión pero alargando también el periodo de recuperación que tendrán que pasar fuera del agua hasta la siguiente inmersión mientras esperan a que descienda el ácido láctico acumulado por el metabolismo anaerobio de los músculos.


Cuando, agotado el oxígeno de sus músculos, optan por alargar sus inmersiones; los pingüinos deberán descansar para disminuir sus niveles de ácido láctico producidos por el metabolismo anaerobio antes de la siguiente inmersión.
Cuando, agotado el oxígeno de sus músculos, optan por alargar sus inmersiones; los pingüinos deberán descansar para disminuir sus niveles de ácido láctico producidos por el metabolismo anaerobio antes de la siguiente inmersión.

Estos expertos buceadores evalúan la situación y actúan en consecuencia según si les merece la pena prolongar esa inmersión por estar persiguiendo a un suculento grupo de sardinas que les va a aportar un valioso aporte nutritivo saciando su apetito durante un buen rato (parte del cual tendrán que reposar para disminuir los niveles del lactato generado); o regresar a la superficie a tomar aire y tener sus músculos listos para una nueva inmersión en busca de calamares o sardinas, que suponen el principal alimento del pingüino de Magallanes.

Pero no todas las adaptaciones son al agua y al frío.
Igual que los osos polares son la muestra inequívoca de que nos encontramos en el Polo Norte, la distribución de los pingüinos (salvo el de las Galápagos) se restringe al Hemisferio Sur. Esto es debido a que su aislamiento térmico es tan efectivo y su retención del calor tan eficiente, que las especies que frecuentan las zonas más templadas (como la especie de hoy que llega hasta las costas de Río de Janeiro en Brasil) tienden a sobrecalentarse. Por esto han tenido que incorporar medidas para disipar el calor, como zonas libres de plumas en el rostro que quedan expuestas al frío o una alta vascularización en las patas, que actúan como emisores de calor disminuyendo la temperatura corporal.


A pesar de ser animales enormemente adaptados al medio acuático, los pingüinos de Magallanes crían a sus polluelos en nidos excavados bajo tierra formando enormes colonias en islas y playas de la Sudamérica más austral.
A pesar de ser animales enormemente adaptados al medio acuático, los pingüinos de Magallanes crían a sus polluelos en nidos excavados bajo tierra formando enormes colonias en islas y playas de la Sudamérica más austral.

Y de propina...
En todo el globo, existen nada más y nada menos que 17 especies de pingüinos, todas adaptadas a la vida bajo el agua e incapaces de volar. Sin embargo, existen notables diferencias en cuanto al tamaño. El récord de estatura lo ostenta el pingüino emperador, que habita exclusivamente en la Antártida, con sus 120 centímetros de altura contrastando fuertemente con su pariente más pequeño, el pingüino enano de alas blancas, con tan sólo 30 centímetros de estatura.



Dominio
Reino
Filo
Subfilo
Superorden
Orden
Suborden
Clase
Subclase
Orden
Familia
Gémero
Especie
Eukarya
Metazoa
(Animalia)
Chordata
Vertebrata
Dinosauria
Saurischia
Theropoda
Aves
Neornithes
Sphenisciformes
Spheniscidae
Spheniscus
S.magellanicus