En la Aldea Irreductible me he encontrado con este video. En él aparecen criaturas asombrosas, criaturas hermosas y extrañas a la vez. Se trata de un video editado para conmemorar la primera década de vida Census of Marine Life, organización sin ánimo de lucro dedicada a la investigación y protección de la vida marina. En su web oficial podéis encontrar más información sobre sus actividades durante estos diez años, además de un excelente archivo fotográfico de especies abisales. Merece la pena verlo.

La agricultura empezó a practicarse en nuestro planeta hace cincuenta millones de años. En contra de lo que piensa la mayor parte de la gente, las primeras formas de agricultura no las desarrollaron los seres humanos. Fueron unas hormigas pertenecientes a diferentes especies pero a las que se ha dado un nombre común: hormigas cortadoras de hojas.

La agricultura ha sido muy beneficiosa para los seres humanos, pero no lo ha sido menos para estas hormigas, dado el gran beneficio que obtienen de su actividad: las especies pertenecientes a este grupo han tenido un gran éxito en las selvas del centro y sur de América en las que viven. En total son 41 especies las cortadoras de hojas, pertenecientes a dos géneros, Atta y Acromymex. Ese gran éxito tiene, sin embargo, un lado negativo para los seres humanos, ya que algunas especies pueden formar plagas que dañan la agricultura humana y las infraestructuras construidas por miembros de nuestra especie.

Las hormigas cortadoras de hojas, como su propio nombre indica, cortan y reunen hojas. Luego, trasladan los fragmentos a unas cámaras subterráneas y cultivan hongos en esos fragmentos. Las hormigas comen los denominados “gonglidia”, que son unas estructuras especializadas de los hongos; son muy ricos en nutrientes y también los comen las larvas. Las diferentes especies de hormigas utilizan diferentes especies de hongos, pero todos ellos pertenecen a la familia Lepiotaceae.

En esa relación de mutualismo interviene un tercer componente; se trata de una bacteria. En los tegumentos de las hormigas viven bacterias del género Pseudonocardia y, al parecer, algunas especies de hormiga secretan sustancias especialmente adecuadas para el crecimiento de esas bacterias. Las bacterias en cuestión producen sustancias antifúngicas que, paradójicamente, protegen el cultivo de hongos de otro hongo parásito muy virulento, Escovopsis[1].

Por otra parte, según una investigación publicada en el número 20 de la revista Science (noviembre de 2009; vol. 263; pp.: 1120-1123), hay otras bacterias que también intervienen en esta compleja relación. Son bacterias que fijan nitrógeno atmosférico[2] y muchas de ellas pertenecen al género Klebsiella. Fijan el nitrógeno en la huerta de hongos. Por lo visto, si no fuera por la contribución de esas bacterias las hormigas experimentarían severas restricciones de nitrógeno, dado el bajo contenido en ese elemento de las hojas utilizadas como sustrato para los hongos. Lo cierto es que las hormigas deben a ese nitrógeno el éxito ecológico alcanzado, puesto que los bosques en los que viven son verdaderamente pobres en nitrógeno.

Habrá quien piense que considerar labradoras a las hormigas es una exageración, pero no lo es en absoluto. Las hormigas cortan las hojas, las llevan a la cámara subterránea y cuidan los hongos. Y por si eso fuese poco, limpian los restos y los llevan a enclaves especiales (basureros) que se encuentran lejos del cultivo; evitan de esa forma la propagación de patógenos y parásitos. En algunas especies, además, las encargadas de ese trabajo son las hormigas de más edad, mientras se quedan las más jóvenes al cuidado de la huerta. De esa forma, las hormigas jóvenes corren un menor riesgo de contraer alguna infección bacteriana.

El comportamiento descrito aquí es muy especial, pero no es el único caso conocido de práctica agrícola en el mundo animal. Los escarabajos de la ambrosía y las termitas también cultivan hongos. Y por otra parte, no debe perderse de vista que se trata de una forma de simbiosis que permite aprovechar un material muy difícil de digerir, una simbiosis que se produce fuera del cuerpo de la hormiga. Se nos hace extraña porque la simbiosis ocurre “fuera”, pero hay muchas otras simbiosis conocidas que tienen el mismo objeto, pero eso sí, esas otras simbiosis ocurren “dentro” del sistema digestivo del animal.


[1] Conviene señalar que Pseudonocardia es un género del grupo Actinobacteria, al que pertenecen las bacterias que producen la mayor parte de los antibióticos; así pues, también en lo que se refiere al uso de antibióticos se nos adelantaron las hormigas 50 millones de años.

[2] Esta parte de la historia también la contó la revista Elhuyar en su número de enero de 2010.

Calderones tropicales

Los cetáceos son excelentes buceadores. Algunos de ellos son capaces de sumergirse a grandes profundidades, a pesar de que bajo el agua no pueden respirar. Son mamíferos, por lo que el oxígeno que respiran ha de ser atmosférico; no pueden utilizar el que se encuentra disuelto en el agua, como hacen los peces, y han de salir fuera del agua a respirar. Los cachalotes, por ejemplo, llegan a bajar hasta los 1.000 m de profudidad en busca de presas; otros, como los calderones, no llegan tan abajo, pero se sumergen también a grandes profundidades.

El calderón tropical, cuyo nombre científico es Globicephala macrorhynchus, es un miembro de la familia Delphinidae. Es, pues, un delfín, aunque de gran tamaño: pueden llegar a alcanzar 4 m de longitud y más de 4.000 kg de masa. Aunque su nombre vulgar indica que se trata de una especie propia de mares tropicales, su límite de distribución septentrional se halla al norte del Cantábrico, por lo que puede encontrarse en la zona sur del Golfo de Vizcaya.

Hace unos pocos años, en el curso de una investigación realizada en aguas de Tenerife utilizando marcas digitales (DTAG), se registraron los movimientos de 23 de estos calderones, así como los “clics” de ecolocación que producían. Gracias a esos registros conocemos algunas características de la estrategia de caza de Globicephala.

De acuerdo con los registros obtenidos se ha podido saber que cuando van de caza, descienden a profundidades de entre 500 y 1.000 m y permanecen, en promedio, unos 20 min bajo el agua. Cuando bajan en busca de una presa emiten largas secuencias de clics (ondas sonoras de ecolocalización), y en ocasiones, entre las secuencias de clics, emiten zumbidos. Los zumbidos, al parecer, están relacionados con los intentos de atrapar a la presa.

Cuando realizan inmersiones profundas, llegan al punto de máxima profundidad tras realizar un rápido esprint, y en ese momento emiten un zumbido. Esa es la secuencia propia de un episodio de caza. Cuando empiezan la inmersión, se mueven con lentitud, pero cuando realizan el esprint llegan a alcanzar una velocidad de 9 m s-1, una velocidad impresionante para un mamífero que se mueve bajo el agua. Los esprints duran entre 20 y 80 s y les salen muy caros a los calderones, caros en términos energéticos, por supuesto. De hecho, aunque el esprint representa entre un 2 y un 8% del total del tiempo de inmersión hasta aguas profundas, supone entre un 10 y un 36% del gasto energético.

Se trata de un comportamiento arriesgado. Tan sólo la mitad de los intentos acaban teniendo éxito; en la otra mitad no aciertan. Si tenemos en cuenta que el coste de la caza es muy elevado, las presas han de ser de cierto tamaño, pues de lo contrario no resultaría rentable y no la practicarían de esa forma. Hasta que se realizó la investigación citada, no se conocía esa modalidad de caza de “alto riesgo-alto rendimiento” entre cetáceos, aunque sí era conocida entre depredadores terrestres. Entre los mamíferos terrestres, es quizás el guepardo el que mejor ejemplifica esa táctica.

Otros cetáceos utilizan estrategias diferentes. Los zifios[1], por ejemplo, que han sido estudiados en aguas de El Hierro, se sumergen durante mucho más tiempo, hasta una hora y media. Por esa razón no se encuentran en condiciones de realizar esprints intensos, puesto que el oxígeno que albergan en sangre y músculos no da para inmersiones que, a la vez, sean prolongadas y acaben con un esprint. Claro que el comportamiento alimenticio de los zifios no es de “alto riesgo-alto rendimiento”, puesto que actúan de un modo mucho más conservador. En cada inmersión se cobran del orden de 30 piezas, aunque se trata de presas pequeñas cada una de las cuales aporta una pequeña cantidad de alimento. Aunque como sus costes de locomoción son reducidos, pueden permanecer largo tiempo bajo el agua en busca de presas y al final, unos y otros obtienen lo que necesitan.

Fuente: N. Aguilar, M. P. Johnson, P. T. Madsen, F. Díaz, I. Domínguez, A. Brito y P. Tyack (2008): “Cheetahs of the deep sea: deep foraging sprints in short-finned pilot whales off Tenerife (Canary Islands)” Journal of Animal Ecology vol. 77 (5): 936-947


[1] Los zifios son cetáceos de la familia Ziphiidae. Su característica más distintiva es el morro largo y delgado. Parecen delfines.

En la imagen se puede observar la diferente disposición corporal que adoptan las dos ranas; la de la derecha está bebiendo.

Seguramente todos han leído u oído en alguna ocasión que ranas y sapos pueden respirar a través de la piel. La piel de los anfibios “terrestres” es de hecho, su principal órgano respiratorio en determinadas épocas del año. Pero no son gases lo único que intercambian esos anfibios con el medio externo por vía cutánea. También intercambian agua.

La mayoría de los anfibios terrestres no beben agua. O mejor dicho, no la beben por la boca. Necesitan agua, por supuesto, pero la absorben a través de la piel. Recordemos que la piel de los anfibios es extraordinariamente permeable y gracias a esa permeabilidad el agua la atraviesa muy fácilmente, ya sea en un sentido o en el otro. Eso tiene sus contrapartidas, por supuesto, ya que pueden perder mucha agua, pero por esa razón, han desarrollado estrategias especiales para almacenarla. El medio interno o la misma vejiga, incluso, pueden funcionar como depósitos hídricos, de manera que pueden reutilizar el agua en ellos contenida en caso de riesgo de deshidratación.

No obstante, además de inconvenientes, la gran permeabilidad cutánea de los anfibios también tiene ventajas, y una importante es que pueden absorber agua a través de la superficie del cuerpo. Algunas especies tienen, incluso, una zona especializada en esa función, se trata de la zona pélvica. Es una zona comprendida entre la pelvis y el abdomen, la situada entre las inserciones de las extremidades posteriores al tronco. De hecho, los anfibios terrestres, cuando necesitan hidratarse, no tienen por qué sumergirse en una masa de agua; les basta con colocarse, sentados, sobre un sustrato húmedo o mojado, o aplastar la zona pélvica contra un sustrato húmedo. El epitelio de esa zona está lleno de capilares sanguíneos, por lo que puede llegar a absorberse gran cantidad de agua. La cantidad de agua que una rana absorbe de ese modo en un día puede ser equivalente al triple de su masa corporal.

La fuerza que impulsa la absorción de agua es un gradiente osmótico. El agua que se absorbe es agua muy diluída, casi no tiene sales. La sangre del sapo es de mayor concentración osmótica que el agua; tiene muchas más sales disueltas. Por esa razón, el agua del exterior tiene una fuerte tendencia a penetrar atravesando la piel, puesto que ese es el movimiento de agua que se produce a través de una membrana semipermeable, como la piel, que es permeable al agua. Pero eso sí, eso tiene una consecuencia curiosa, y es que la sangre ha de circular rápidamente para que pueda ser absorbida el agua. Veamos esto con algún detenimiento.

Cuando penetra el agua y se mezcla con la sangre, ésta se diluye, puesto que la misma cantidad de solutos pasa a estar disuelta en un volumen mayor de agua. Por lo tanto, la fuerza que impulsa la absorción disminuye, y lo haría en mayor medida si la sangre no se moviese o se moviese muy lentamente. Por esa razón, la sangre ha de circular con rapidez, porque si se renueva rápidamente, la concentración de sales disueltas no disminuye en exceso. De esta forma, el gradiente osmótico, esto es, la diferencia de concentración osmótica entre el interior y el exterior, disminuye muy poco, por lo que la fuerza de absorción prácticamente se mantiene constante. En virtud de ese mecanismo, el flujo sanguíneo es proporcional a las necesidades hídricas. Esto es, cuando cuando la deshidratación es baja, la sangre circula lentamente por la zona pélvica, pero la velocidad se incrementa de manera notable cuando el sapo tiene gran necesidad de agua.

Las hormonas que intervienen en la regulación de la economía del agua y los electrolitos juegan, como es lógico, un papel importante en este proceso. El péptido angiotensina II provoca que aumente la tendencia del sapo a sentarse y la hormoa antidiurética (ADH) eleva la permeabilidad del epitelio de la zona pélvica. Por ello, el volumen de agua absorbido puede elevarse considerablemente como consecuencia de la acción de esas dos hormonas.

Bagheera kiplingi

Se conocen hoy alrededor de 40.000 especies de arañas. Todas ellas se alimentan de insectos y otros animalillos. Pero tal y como hemos sabido hace dos años[1], hay una pequeña araña en América central que se alimenta de plantas. Pertenece a una familia de arañas saltadoras y la han bautizado con un bonito y peculiar nombre científico: Bagheera kiplingi.

Estas pequeñas arañas viven en arbustos de acacias, arbustos bien conocidos en el mundo de la biología, porque mantienen una curiosa relación de mutualismo con unas hormigas. Las hormigas protegen a las acacias de la mayoría de herbívoros que pudieran consumir sus hojas, y las acacias ofrecen a las hormigas alimento y protección. Las hormigas se alimentan del nectar que producen las hojas y de otras hojas especializadas que reciben el nombre de “cuerpos de Belt”.

La araña Bagheera se aprovecha de ese sistema hormiga-acacia, pero hace trampa. Como las hormigas, consume el nectar y los cuerpos de Belt, pero a cambio no defiende a la acacia. Esto es, se vale de una relación de mutualismo pre-existente, pero solo para beneficiarse, no para proporcionar nada a cambio; por eso he dicho que hace trampa. Al parecer, las arañas tienen muy buena vista, son rápidas y, -para ser artrópodos-, tienen gran capacidad cognitiva. Por eso las hormigas no pueden atraparlas. Además, no hacen sus nidos en las acacias, sino en otras plantas que se encuentran lejos de las acacias.

La primera vez que se observó este curioso comportamiento alimenticio fue en Costa Rica, en 2001, y posteriormente se ha encontrado también en México. Las arañas de las poblaciones mexicanas tienen una mayor tendencia a comer material vegetal que las de Costa Rica. De hecho, los cuerpos de Belt constituyen el 90% del alimento que consumen las Bagheera de México, mientras éstas recurren en mayor medida a consumir presas animales, -larvas de hormigas incluidas-, para completar su dieta.

Para llevar a cabo las investigaciones en las que se han basado estos descubrimientos se han hecho filmaciones en alta definición en la selva y determinaciones en el laboratorio. En esos trabajos se analizó la composición isotópica, -basada en contenidos de 15N, 14N, 13C y 12C-, de las acacias y de las arañas, y de esa forma se ha podido establecer la contribución relativa del alimento vegetal al consumo energético total de las arañas saltadoras. Así se confirmaron las observaciones realizadas en la selva.

Hace unos meses me ocupé aquí de un limaco carnívoro, -el limaco fantasma-, y sabemos que hay algún otro limaco carnívoro. No sabemos si hay alguna otra araña herbívora parecida a Bagheera kiplingi; puede que sí, por supuesto, pero no dejará de ser, como esta y como los limacos carnívoros, una excepción. Esas excepciones son interesantes, porque son muestra de la gran flexibilidad de los animales, de su capacidad para adaptarse a medios muy diferentes y sacar partido de ellos.


[1] C. Meehan, E. Olson, Matthew W. Reudink, T. Kurt Kyser y Robert L. Curry (2009): “Herbivory in a spider through exploitation of an ant–plant mutualism” Current Biology 9 (19): R892-R893 (según la revista Science, este descubrimiento se encuentra entre los diez más importantes de la década).

Reconstrucción del ictiosaurio Stenopterygius quadriscissus | by Anne Musser, based on Stenopterygius quadriscissus, jurrasic c183-176myo

Según un equipo de investigadores franceses, tres grupos de reptiles marinos del Cretácico eran capaces, en diferente grado, de mantener su temperatura corporal por encima de la temperatura del agua del mar en que vivían.

Ictiosaurios, plesiosaurios y mosasaurios eran reptiles de gran tamaño que vivieron en los océanos del planeta del Triásico al Cretácico. Eran depredadores que se alimentaban de presas muy diferentes, pero principalmente consumían otros reptiles marinos, peces, cefalópodos y crinoideos. De acuerdo con ciertos hallazgos, algunos reptiles marinos de esos periodos vivían en aguas muy frías, bastante más frías que las aguas en las que viven los actuales reptiles marinos. Por ello, hay especialistas que sostienen que no podrían haber vivido en aguas tan frías siendo poiquilotermos estrictos.

No resulta nada fácil obtener información fidedigna sobre el pasado, por supuesto, pero un grupo de investigadores franceses han utilizado un procedimiento muy ingenioso para investigar esta cuestión: han utilizado un isótopo del oxígeno. La concentración de un isótopo dado en los tejidos de un animal acuático depende dos factores, la concentración de ese isótopo en la masa de agua y la temperatura. Se sabe que los isótopos pesados de un determinado elemento tienden a acumularse en mayor medida en los tejidos de plantas y animales a altas que a bajas temperaturas. Por ello, midiendo la concentración de isótopos puede obtenerse valiosa información sobre la temperatura bajo la que se formó el tejido estudiado. Y eso es lo que han hecho los investigadores franceses; han medido la proporción de 18O en los dientes fosilizados tomados de muestras de fósiles de ictiosaurios, plesiosaurios y mosasaurios procedentes de diferentes yacimientos. Además de medir esa proporción en los fósiles de los grupos citados, han hecho las mismas determinaciones en muestras de peces fósiles procedentes de los mismos estratos sedimentarios de esos yacimientos. Como los peces son poiquilotermos, la sangre de los peces está a la misma temperatura que el agua de mar en que se encuentran. Por lo tanto, si los reptiles eran poiquilotermos, su composición isotópica sería como la de los peces. Pero si peces y reptiles tienen diferente composición, entonces lo lógico es pensar que esos reptiles no eran poiquilotermos.

Pues bien, al hacer la comparación comprobaron que las composiciones isotópicas de unos y de otros eran diferentes. Y no solo eso, observaron, además, que existe una relación lineal negativa entre las diferencias observadas entre las concentraciones del isótopo en cuestión de reptiles y peces y la concentración de 18O de los peces. Esto es, a altas concentraciones del isótopo pesado, la diferencia entre las concentraciones era mínima, pero esa diferencia aumentaba conforme disminuía la concentración de 8O en los peces. Recordemos que las altas concentraciones de oxígeno pesado son las que corresponden a altas temperaturas.

La conclusión es clara. Bajo condiciones ambientales de altas temperaturas todos los dientes, los de los peces y los de los reptiles, se formaron a altas temperaturas. Sin embargo, los dientes de los reptiles que vivían en un régimen de bajas temperaturas ambientales (bajas concentraciones del isótopo, sobre todo en dientes de peces) tienen concentraciones de 8O claramente mayores que las de los peces, lo que indica que la sangre de esos reptiles estaba más caliente que la de los peces. No obstante, no todos los grupos estudiados presentan el mismo perfil isotópico. Los investigadores han concluido que ictiosaurios y plesiosaurios eran homeotermos, mientras que los mesosaurios, no llegaron a serlo del todo, si bien tenían un cierto grado de endotermia (capacidad para conservar parte del calor producido por el organismo), gracias a la cual podían ejercer algún control sobre la temperatura corporal, aunque no el suficiente como para regularla como lo haría un homeotermo.

Se trata de un importante hallazgo, ya que si, efectivamente, estos grupos eran, parcial o completamente, homeotermos, ese atributo les habría permitido mantener un modo de vida bastante activo, incluso bajo temperaturas ambientales bajas. Y en términos generales, habrían podido independizar su actividad, en cierta medida al menos, de las fluctuaciones ambientales de temperatura. En contrapartida, estaban obligados a conseguir mucho alimento, dadas las altas demandas de energía propias de los animales que disponen de ese mecanismo. La razón de esas demandas energéticas es que para mantener el cuerpo a una temperatura constante, es preciso que esa temperatura esté normalmente por encima de la temperatura ambiental. Por ello, un animal que regula su temperatura corporal casi siempre experimenta pérdidas netas de calor, y eso solo es posible si el animal en cuestión es capaz de obtener suficientes recursos energéticos del ambiente como para poder dedicar una fracción significtiva a mantener una tasa metabólica lo suficientemente alta como para que proporcione ese calor que se va a perder. O sea, un animal termorregulador necesita alimento abundante y, si es posible, de alta calidad nutricional.

Fuente: A. Bernard, Ch. Lécuyer, P. Vincent, R. Amiot, N. Bardet, E. Buffetaut, G. Cuny, F. Fourel, F. Martineau, J.-M. Mazin, A. Prieur (2010): “Regulation of Body Temperature by Some Mesozoic Marine Reptiles” Science: 1379-1382.

Macropinna microstoma es la única especie conocida de su género (familia Opisthoproctidae). Vive en las zonas subárticas y templadas del Océano Pacífico, a profundidades que van de los 600 a los 1.000 m, o lo que es lo mismo, en las áreas de mayor profundidad dentro de la zona mesopelágica. Su rango de distribución geográfica se extiende desde el Mar de Bering, en el norte, hasta el Japón, por el oeste, y Baja California, por el este.

La especie fue descubierta en 1939. Son peces pequeños, de 4-5 cm de longitud y lo más reseñable de su aspecto es el pequeño tamaño de su boca y los dos ojos tubulares que se encuentran en la parte superior de la cabeza y que apuntan hacia arriba. El nombre común en inglés de esta especie de opistopróctidos es “barreleye”, y en español se les llama “ojobarril”.

Hasta hace poco tiempo era un misterio el modo en que se las arregla Macropinna para atrapar a sus presas, puesto que sus ojos tubulares están en la zona dorsal del cuerpo y la boca se encuentra en la parte anterior. Esto es, la boca no se halla dentro del campo de visión. Así pues, ¿cómo consigue atrapar sus presas si los ojos miran hacia arriba y la boca está dirigida al frente?

Hasta que en 2008 no se publicaron las observaciones hechas en 2004 in situ por un grupo de investigadores del Acuario de la Bahía de Monterrey (California), no se ha aclarado el modo de alimentación, paradójico, de estos peces. Gracias a las imágenes grabadas en video hemos tenido conocimiento de su verdadero aspecto. Cuando enviaron el aparato para tomar imágenes y recoger ejemplares al lecho marino y consiguieron grabar las primeras imágenes de Macropinna, lo más llamativo fue que la cabeza de estos peces era mayor de lo que pensaban y que además…. ¡era transparente! Desde 1939 hasta entonces nadie se había percatado de ese hecho, seguramente porque los ejemplares capturados con redes de aguas profundas llegaban muy dañados a la superficie y no se conservaba una estructura tan frágil.

La cubierta transparente de la cabeza comienza en el punto en el que se encuentran las rosetas nasales, estructuras que asemejan unos ojos, y termina donde empiezan las escamas en la zona dorsal. Los ojos tubulares quedan protegidos dentro de esa cubierta transparente y se disponen bajo unas copas verdes; esas copas son las lentes de los ojos y el pigmento verde permite absorver la escasísima luz que llega a esas profundidades. De esa forma pueden detectar mejor la luz procedente de los organismos bioluminiscentes que pululan allí abajo. Como he señalado antes, las estructuras que se encuentran encima de la boca y que parecen ojos tristes son orificios nasales, y los ojos verdaderos se encuentran en el interior, en la parte superior, inmersos en un fluido que llena la cámara que configura el escudo craneal transparente.

Pero además de lo anterior, los investigadores que operaban el vehículo submarino hicieron otro descubrimiento. Si bien los ojos se encuentran apuntando hacia arriba, resulta que pueden modificar su disposición y orientarlos hacia delante. Al examinar los ejemplares trasladados al laboratorio observaron que el máximo ángulo de giro de los ojos llegó a ser de unos 75º. Era sabido que estos peces tienen una musculatura muy compleja, pero hasta que no se vio girar los ojos, no se pudo atribuir esa gran complejidad a nada concreto. Cuando los ojos se encuentran en su posición habitual, informan de lo que ocurre por encima de ellos y cuando detectan algo interesante para comer, pueden acercarse al plano de la boca para mejorar la efectividad del ataque a la presa potencial. Por otra parte, el poder mover los ojos de esa manera incrementa notablemente el campo visual, y además de ver lo que ocurre por arriba, también pueden ver lo que pasa a los lados y al frente. Así pues, es la capacidad para girar los ojos lo que permite a Macropinna ver ante su boca la presa que se dispone a atrapar.

Los ojos de Macropinna son ejemplos de una adaptación evolutiva espectacular. Si ya era notable la anatomía y funcionamiento de los ojos tubulares, así como su valor adaptativo en aguas de luz tan escasa, la posibilidad de hacer girar los ojos con tanta amplitud multiplica de forma considerable sus prestaciones en ese entorno tan especial.

Opisthoproctus soleatus

Nuestros ojos, como los de muchas otras especies animales, son esféricos. Pero no todos lo son. Hay más modelos en el reino animal y entre ellos también los hay tubulares. Los ojos tubulares (o cilíndricos) no son nada comunes; sólo se han descrito en once familias de peces y en algunos animales terrestres de vida nocturna. En la mayor parte de los peces con ojos tubulares, éstos están dirigidos hacia arriba (en los géneros Argyropelecus, Hierops y Opisthoproctus), pero hay unos pocos que los tienen dirigidos hacia adelante (Stylephorus chordatus, Gigantura indica o Winteria telescopa, por ejemplo)

Los ojos tubulares son muy raros en el mundo animal, pero no lo son tanto en peces que viven en aguas muy profundas, y eso no es en absoluto casual. De hecho, los ojos tubulares son especialmente adecuados para la visión en entornos de luz muy tenue. A mil metros de profundidad llega muy poca luz, y es muy importante poder percibir la poca que llega, tanto para detectar a los depredadores que pueda haber cerca, como también a las presas potenciales. Por la misma razón, en esas zonas puede ser cuestión de vida o muerte disponer de capacidad para detectar la biolumniscencia, así como percibir correctamente la dirección de los rayos de luz muy tenues.

Los ojos tubulares tienen lentes de gran apertura, lo que facilita la recepción de la luz. Los túbulos la conducen hasta una retina de estructura compleja y adaptan la longitud focal de la lente. El par de ojos tubulares, dispuestos uno al lado del otro, incrementa la sensibilidad, posibilita la percepción de contrastes, y provoca una amplia superposición binocular de los campos de visión, lo que permite una percepción más precisa de la profundidad.

Claro que no todo son ventajas, puesto que un grado de especialización tan alto también tiene sus inconvenientes. Por comparación con los esféricos, el campo de visión de los ojos tubulares es muy limitado y, por otra parte, si bien el tejido retinal puede hallarse en la pared de los ojos, las imágenes que llegan a esas zonas no se pueden enfocar.

Winteria telescopa

Por otra parte, y como ya he señalado, la forma tubular no es la única rareza de estos ojos. Algunas de las especies que los poseen los tienen dirigidos hacia arriba, y hay una muy buena razón para ello. Gracias a los dos ojos tubulares paralelos dirigidos hacia arriba pueden ver el perfil de los posibles depredadores recortado a contraluz, y aunque ese contraluz sea muy débil debido a la escasa intensidad de la luz que llega hasta las aguas profundas, es suficiente como para estimar con bastante precisión a qué distancia se encuentran. Por otro lado, los peces que tienen los ojos dirigidos hacia delante colocan su cuerpo en posición vertical para poder atacar desde abajo a las presas cuya presencia detectan. Los ejemplares de Stylephorus chordatus se mueven como si se encontrasen suspendidos, colgando de un hilo; se colocan al lado de la presa y abren entonces la boca a toda velocidad, sirviéndose de la corriente que generan para atrapar a la presa. Los de la especie Gigantura indica utilizan un procedimiento muy similar.

Los ojos tubulares son muy extraños. Nos resultan extraños y además muy pocos animales los tienen. Pero está claro que reportan ventajas a los peces que viven en aguas profundas a las que llega una luz de mínima intensidad. Y esa es la razón por la que los tienen.

Los insectos son el grupo con las tasas metabólicas más altas en el reino animal. No hay animales que, por unidad de masa, consuman más oxígeno que los insectos. Por otra parte, el sistema respiratorio de los insectos es muy especial. El oxígeno llega directamente, a través de un sistema de tráqueas, de la atmósfera a las células. Así pues, carecen de pulmones, y por supuesto, tampoco tienen branquias; el oxígeno llega hasta las células sin que medie un sistema circulatorio.

Las tráqueas son tubos que parten de poros que se encuentran en la cutícula externa. Esos tubos se van ramificando conforme se introducen en el interior del organismo; de ese modo, las tráqueas se van subdividiendo en traqueolas, que son tubos que son cada vez más finos según se van ramificando. Cada célula acaba recibiendo una de esas traqueolas de minúsculo diámetro, y es por ellas por donde llega el oxígeno a las células. El dióxido de carbono, a su vez, sale por la misma vía.

Los poros de la cutícula externa reciben el nombre de espiráculos y cada uno de ellos tiene una válvula muscular, de la que depende que el espiráculo esté abierto o cerrado. En varias especies de insectos se produce un fenómeno que se denomina respiración discontinua o respiración a intervalos. Esos insectos dejan de respirar cada cierto tiempo; respiran a intervalos.

No está claro cuál es la razón de ese comportamiento. Hasta la fecha se han propuesto tres interpretaciones y las tres parten del supuesto de que se trata de un comportamiento con valor adaptativo. De acuerdo con la más antigua de las tres, de lo que se trata es de ahorrar agua, ya que al cerrarse los espiráculos no se evapora agua; el agua que se evapora cuando los espiráculos están abiertos es la que, al fondo de la traqueola, se encuentra en contacto con la célula. Según la segunda hipótesis, se trataría de una adaptación para poder enterrarse, puesto que, al parecer, la respiración discontinua es muy común en especies capaces de introducirse en el suelo, entre los granos de tierra o en orificios o cavidades subterráneas. Y de acuerdo con la tercera hipótesis, el objetivo de la respiración a intervalos sería evitar o paliar el estrés oxidativo.

Pero son tantas y de modo de vida tan diverso las especies que presentan ese comportamiento tan peculiar, que no parece plausible la pretensión de que haya de tener valor adaptativo y que tal valor sea común al conjunto de especies o, expresado de otro modo, que responda de forma directa a alguna presión selectiva.

Los insectos con respiración discontinua comparten, sin embargo, una curiosa característica: siempre que se interrumpe la respiración, la actividad cerebral se encuentra muy reducida o, sencillamente, no hay actividad cerebral ninguna.

Como es sabido, el funcionamiento del tejido cerebral sale caro, muy caro, debido a su alta actividad metabólica. Seguramente por ello, algunos animales han desarrollado modos de limitar ese gasto. Y si la masa cerebral es grande o si hay restricciones energéticas prolongadas, puede revestir gran importancia el poder limitar el gasto en que incurre ese tejido. Lo cierto es que todos los insectos que limitan o interrumpen su actividad cerebral tienen un cerebro relativamente grande o, como las reinas en las especies sociales, grandes necesidades de energía. Y resulta que son esos los insectos que muestran respiración discontinua.

Así pues, ¿existe alguna conexión entre el coste de la actividad cerebral y la respiración discontinua? Veamos esto con detalle.

Para empezar, hay que tener en cuenta que el estado, -abierto o cerrado-, de los espiráculos depende de unos músculos, y es el sistema nervioso el que controla a esos músculos. Así pues, existe una conexión entre el sistema respiratorio y el sistema nervioso. Por otro lado, cuando no hay actividad cerebral o cuando esa actividad está limitada, son los ganglios torácicos y abdominales los que asumen el control nervioso del animal, pero resulta que la actividad de esos ganglios y la de los cerebrales son muy diferentes. Por ejemplo, y en lo relativo a la actividad respiratoria, si la actividad cerebral se interrumpe o se reduce, los ganglios torácicos y abdominales no están sometidos a ningún control superior; y bajo esas condiciones, los generadores de patrones centrales son los que asumen el control de la actividad ventilatoria. El problema es que ese control no es tan fino como el que ejerce el cerebro, y quizás sea esa la razón por la que se interrumpe la respiración.

Así pues, de acuerdo con esa hipótesis, la respiración a intervalos no sería ninguna adaptación, sino la consecuencia de las reducciones en la actividad de los ganglios cerebrales. Es cierto que esa reducción conlleva un cierto ahorro de energía y que ese ahorro es muy valioso, pero interrumpir la actividad respiratoria, en ese contexto, sería una consecuencia secundaria de lo anterior. Por lo tanto, la respiración discontinua sería una consecuencia del “sueño” o del “apagado cerebral” de los insectos.

Fuente: Philip G. D. Matthews & Craig R. White (2011): “Discontinuous Gas Exchange in Insects: Is It All in Their Heads?” The American Naturalist 177 (1): 130-134

El cíclido que protagoniza esta historia, Pseudocrenilabrus multicolor victoriae

Hay circunstancias bajo las cuales la concentración de oxígeno disuelto en las masas de agua naturales llega a ser muy baja. Esa situación es frecuente cuando la producción primaria (producción vegetal) es intensa, esto es, cuando se dan altas concentraciones de nutrientes minerales en el agua, junto con luz y temperatura adecuadas, puesto que son las condiciones idóneas para que se produzca una alta actividad de fotosíntesis. Al producirse de esa forma abundante materia orgánica, aumenta mucho la actividad microbiana y esa actividad consume mucho oxígeno. Ni lo que producen los propios organismos fotosintéticos (algas y microalgas, principalmente), ni lo que difunde desde la atmósfera es suficiente para equilibrar la concentración de oxígeno, y ésta tiende a bajar. Se dan lo que se conocen en nuestra jerga como condiciones “hipóxicas”. A las condiciones normales, que son las que corresponden a una situación en la que el oxígeno disuelto en el agua está en equilibrio con la atmósfera, las denominamos condiciones “normóxicas”.

Hay animales que no toleran las condiciones de hipoxia. Pero otros sí las toleran; son capaces de vivir en aguas en las que la concentración de oxígeno está por debajo de lo normal. Pseudocrenilabrus multicolor victoriae es uno de esos animales. Es un pez de agua dulce, un cíclido, para ser más precisos. Vive en los lagos, estanques y ríos del África oriental. En los ríos la concentración de oxígeno suele ser alta, si bien varía con las estaciones del año. En la estación seca puede llegar a detenerse la corriente de agua y queda retenida en charcos y pozas; bajo esas condiciones la concentración de oxígeno puede reducirse de manera notable. Por el contrario, en la época de lluvias los ríos bajan con abundante agua y las condiciones son de normoxia. Sin embargo, en lagos y embalses, por regla general, suelen darse bajas concentraciones de oxígeno.

La tolerancia para con las condiciones de hipoxia es posible, -cuando se da-, gracias a diferentes mecanismos fisiológicos. Por ejemplo, tanto la concentración de hemoglobina en sangre, como su afinidad por el oxígeno, pueden ser muy diferentes dependiendo de la concentración de oxígeno del agua en que se encuentran los peces. Bajo condiciones de hipoxia, ambas, concentración de hemoglobina y afinidad por el oxígeno suelen ser más altas, porque esos rasgos facilitan la captación de oxígeno.

Pero no solo la hemoglobina y su función, la misma anatomía de los peces puede también ser diferente. En los Pseudocrenilabrus a los que me refiero en este artículo se ha visto que los ejemplares que viven en aguas de menor concentración de oxígeno, tienen branquias de mayor tamaño. Además, no parece que tal rasgo tenga base genética, sino que es consecuencia de la flexibilidad del desarrollo de los peces. Esto lo sabemos porque los ejemplares de esta especie criados experimentalmente en agua de baja concentración de oxígeno desarrollan branquias de mayor tamaño que los criados en aguas normóxicas.

Es evidente que al tener branquias de mayor tamaño, los peces criados bajo condiciones de hipoxia disponen de una mayor superficie corporal dedicada al intercambio respiratorio, y de esa forma se facilita la toma de oxígeno. Así pues, esa variabilidad anatómica constituye una adaptación fisiológica de gran valor, pues posibilita, o cuando menos facilita, la vida en aguas con escasez de oxígeno.

Pero esa diferencia entre unas branquias y otras no es la única diferencia anatómica observada en esos peces. Porque resulta que los que viven en aguas hipóxicas tienen también el cerebro más pequeño que los que viven en aguas normóxicas. Según los investigadores que han estudiado estas variaciones, las diferencias observadas en el tamaño encefálico no deben ser consideradas como una adaptación, sino como un rasgo pejudicial provocado por las condiciones de hipoxia.

El tejido encefálico, como es bien sabido, tiene altos requerimientos de oxígeno ya que es metabólicamente muy activo. Y por esa razón, no es fácil –ni quizás posible- mantener cerebros de tamaño normal en agua hipóxica, puesto que no podrían satisfacerse las necesidades de oxígeno. Muy probablemente, ese rasgo tiene consecuencias negativas, pues parece lógico pensar que un cerebro de menor tamaño tiene también menor capacidad cognitiva. Y sin embargo, en el balance entre pros y contras, parece evidente que ganan los pros, puesto que a pesar de tener un encéfalo de menor tamaño y, por ello, una menor capacidad cognitiva, hay peces de esta especie viviendo en esas aguas. Es muy posible que en ellas la competencia por el alimento sea menor, pues no todas las especies acuáticas tienen la capacidad de vivir en aguas hipóxicas, y esa es una ventaja muy importante, tanto como para superar los inconvenientes que conlleva el tener un cerebro de menor tamaño.

Fuente: E. Crispo eta L. J. Chapman (2010): “Geographic variation in phenotypic plasticity in response to dissolved oxygen in an African cichlid fish” Journal of Evolutionary Biology 23: 2091–2103