¿Por qué mi mascota tiene la forma que tiene?

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Lourdes Martín Aguilar

 

 

¿Alguna vez se ha preguntado por qué una estrella de mar, un árbol o un delfín, tienen la forma que tienen? Buena parte de los seres vivos son parte de nuestro imaginario y nos son tan familiares que es posible que nunca nos hayamos cuestionado por qué tienen unos una forma redonda, otros ovalada, etc.

Aunque parezca difícil de creer, las formas de los seres vivos tienen diferentes causas que repercuten en distintos niveles de organización. Aristóteles distingue cuatro tipos de causas por medio de las cuales se puede explicar la existencia de un fenómeno o ente de la realidad, y por medio de algunas de ellas podemos entender el origen de las formas biológicas. Un clásico ejemplo –que se cumple para muchos casos, pero no necesariamente para todos– es el de la causa final o adaptativa: «los colmillos del tigre dientes de sable eran largos y afilados para perforar y desangrar a sus presas». Aunque es bastante evidente que esta morfología resulta eficiente para tal fin, no se trata de una respuesta satisfactoria que responda a una causa última o eficiente. Más adelante nos adentraremos en esta cuestión.

Otra manera de explicar las formas caprichosas de la naturaleza es mediante el argumento histórico o paleontológico. Por ejemplo: «las aves presentan un hueso en forma de v llamado fúrcula. Los dinosaurios carnívoros, que dieron lugar a las aves, también tienen el mismo hueso y posee la misma forma. Entonces la forma de la fúrcula de las aves se debe a que éstas surgieron de los dinosaurios carnívoros».

Fúrcula de ave. Si ha comido pollo, probablemente está familiarizado con ella.

Fúrcula de ave. Si ha comido pollo, probablemente está familiarizado con ella.

De la explicación histórica se deriva la explicación filogenética o genealógica: «estamos emparentados con el orangután y con el chimpancé, por lo tanto, nuestras formas son similares» (o por lo menos hay más similitudes entre ellas que las que puede haber con las de un animal mucho más lejano genealógicamente, como una anémona).

En el primer ejemplo del tigre dientes de sable o Smilodon, es muy probable que la presencia de dicha forma adaptativa se deba a la selección natural, un proceso crucial en la evolución biológica en el cual una característica de una especie es fijada en su descendencia gracias a que resulta ventajosa; esto debido a que si uno o varios individuos poseen una cualidad que les da facilidad para sobrevivir y además reproducirse, como los hijos heredan muchas de las características de los padres, esta adaptación comenzará a distribuirse en la población durante las generaciones venideras. Claro que ese proceso sucede en millones de años la mayoría de las veces y sólo vemos una «fotografía temporal» cada vez que observamos una especie. Si quisiéramos visualizarlo en directo, sería como intentar presenciar la formación de una cordillera en una vida humana.

Por supuesto que, a pesar de su elegancia como causa argumentada, la selección natural no puede dar cuenta de todas las características de un individuo. Por ejemplo, si queremos explicar por qué el interior del cuerpo de un insecto tiene el color que tiene, veremos que esto no acepta un argumento de adaptación directa –¿en qué te va a ayudar ser rosa o verde por dentro, si por fuera todo sigue igual?–, sino que se debe a otros procesos que sí pueden estar sujetos a la selección natural. Este tipo de fenómenos mediados, donde no vemos una relación directa entre causa y consecuencia –en este caso, entre selección natural y color del interior del cuerpo–, se conocen como epifenómenos, y la vida es un platillo muy sazonado por ellos.

Quizás el lector se haya preguntado de dónde surgieron las características que fueron seleccionadas. ¿Las formas en sí cómo se originaron? Esta pregunta no es para nada superficial, y ahora nos aventuraremos un poco en su posible respuesta.

 

En promedio las células miden unos pocos micrométros[1]. Este parámetro ha limitado todo el desarrollo ulterior de las formas vivas, del mismo modo que el tamaño y forma de un ladrillo determina las arquitecturas posibles del edificio que construirá. ¿Será esta escala celular casual? ¿Podría haber sido de otra manera, mucho más pequeña o grande? Esto nos lleva a una idea curiosa. El científico Michael Russell estudiaba chimeneas hidrotermales de las profundidades del océano –lugares que se han postulado como posibles para el origen de la vida– y observó que ciertos poros en la roca poseían un diámetro similar al de las células; además en dichas cuencas tenían lugar reacciones químicas a modo de pequeñas fábricas, como sucede en una célula viva. ¿Surgió la vida en un contexto de pequeños moldes geológicos, de modo que su primer tamaño estuvo determinado por los poros de las rocas? No lo sabemos, pero no deja de ser una idea emocionante.

Los seres vivos estamos embebidos no sólo en un marco histórico muy específico, como en el ejemplo anterior, sino en un universo de leyes físicas que compartimos con las nubes, las montañas, las galaxias y todo cuanto existe. El biomatemático y gran estudioso de la forma viva D’Arcy Thompson propuso explicar las morfologías mediante las mismas causas físicas y geométricas con que estudiaríamos una montaña o la forma de un copo de nieve: «la célula y el tejido, la concha y el hueso, la hoja y la flor, son otras tantas porciones de materia, y es obedeciendo a las leyes de la física que sus partículas se desplazan, se moldean y se ajustan».[2]

¿Qué tan plausible es utilizar  las leyes físicas para explicar el origen más básico de las formas vivas? Para comprender la magnitud de la cuestión, introduciré un término necesario, el de la autoorganización. Un sistema se autoorganiza cuando su mismo comportamiento –que puede parecer caótico– lo mantiene funcionando de cierto modo durante cierto lapso de tiempo (suena algo tautológico y así es, pues se retroalimenta), y a veces ese funcionamiento produce patrones. La autoorganización es un pilar básico de la vida, pero también se produce en sistemas inorgánicos.

¿La autoorganización cumplió algún papel en la institución evolutiva de las formas más primigenias, en los tiempos en los que surgía la multicelularidad y las formas de los animales primitivos? Por más disímil que esto parezca, conectaremos esta intrincada idea con un experimento que usted puede hacer en su propia cocina: intentar mezclar agua con aceite. Ambos líquidos no se disuelven para formar una sustancia homogénea, sino que cada uno conserva su identidad en su propia capa de líquido; el resultado, que a primera vista parece «caótico» (los líquidos permanecen separados en grupos de burbujas de la misma sustancia), en realidad da lugar a un estado ordenado de las cosas, de ahí que sea una especie de autoorganización. El científico Stuart Newman se percató de que una separación similar diferenciaba los diversos tipos de tejidos celulares, que no se mezclan entre sí a pesar de estar en contacto: por ejemplo, la epidermis es una barrera externa de células que protege a las células internas del cuerpo; si estos dos tejidos se mezclaran, tendría lugar un caos de infecciones. ¿Quizá los primeros organismos multicelulares con varios tipos de tejido se formaron así? El autor supone que tal vez había poblaciones de células con diferentes niveles de adherencia entre sí, de modo que las células con adherencias más parecidas se juntaban y así se habrían generado los primeros tejidos, con capas diferenciadas de células.

¿Agua y aceite o dos tejidos celulares? La primera opción en este caso.

¿Agua y aceite o dos tejidos celulares? La primera opción en este caso.

Por otro lado, las faunas más primigenias poseían una forma repetitiva o modular. Este tipo de patrones son discernibles no sólo en el registro fósil sino en seres vivos actuales (p.e. en las plantas y las colas anilladas de gatos y cacomixtles). Pero lo más impresionante de todo es que hay fenómenos físico-químicos que pueden generar estos motivos ondulatorios, como la reacción Belousov-Zhabotinsky. La vida es una algarabía de patrones, fractales y simetrías, configuraciones geométricas que también hallamos en el mundo de lo inerte.

Izquierda: reconstrucción del fósil de Charnia, un ser vivo que existió hace más de 550 Ma.Desde entonces ya se presentan las formas con motivo repetitivo. Derecha: un patrón repetitivo actual en la cola anillada del cacomixtle.

Izquierda: reconstrucción del fósil de Charnia, un ser vivo que existió hace más de 550 Ma.Desde entonces ya se presentan las formas con motivo repetitivo. Derecha: un patrón repetitivo actual en la cola anillada del cacomixtle.

Patrón ondulatorio generado por la reacción Belousov-Zhabotinsky, que se produce por la interacción de ácido bromoso, bromato, ácido y cerio.

Patrón ondulatorio generado por la reacción Belousov-Zhabotinsky, que se produce por la interacción de ácido bromoso, bromato, ácido y cerio.

Otra idea de Stuart Newman es que, muy probablemente, la vida antes era mucho más moldeable por el mundo físico, así que las formas se generaban más fácil y espontáneamente (es posible que el control genético de las formas no fuera tan estricto). Es análogo a la preparación de galletas: cuando uno está haciendo la masa es fácil hacer las formas que queramos, pero una vez horneadas, esas formas son más estables y difíciles de cambiar. Es probable que la vida más antigua se haya comportado como las galletas en preparación –esto explicaría la primera explosión de formas tan diferentes que tuvo lugar– y que luego los genes hubieran fungido como el factor de endurecimiento y establecimiento de esas propiedades que después entrarían en el mundo de la selección natural –no sin estar ausente la influencia física en las formas posteriores y modernas. Todas estas cuestiones son teóricas y aún no comprobables; sin embargo, la elegancia y creatividad de tales propuestas no se puede negar.

Nos quedan muchas preguntas que resolver sobre la fascinante cuestión de las formas biológicas. ¿Realmente las formas vivas que existen son muchas? Hay morfologías que no están prohibidas por las leyes físico-biológicas y que sin embargo no existen, entonces ¿las morfologías que vemos son las óptimas? La naturaleza histórica de la vida nos dice que no necesariamente es así. Y por otro lado, ¿por qué hay formas que se repiten en grupos muy distantes de organismos? ¿Será por algo meramente adaptativo? ¿Qué tanto peso tendrá la universalidad de las leyes físicas en esto?

Dejo estas cuestiones abiertas para degustación del lector, y para que la próxima vez que contemple a su mascota sepa que detrás de esa criatura peluda y tierna hay infinitas historias complejas y apasionantes.

 

 

Bibliografía:

Goodwin, B., 2008. Las manchas del leopardo. La evolución de la complejidad (ed. original de 1998). Barcelona, Tusquets, 307 pp.

Miramontes, P. & Gutiérrez-Sánchez, J.L., 2002. «El origen de las formas vivas: de Geoffroy Saint-Hilaire a D’Arcy Thompson», en Clásicos de la biología matemática. México, Siglo Veintiuno Editores, pp. 47-66.

Müller, G.B. & Newman, S.A. (eds.), 2003. Origination of Organismal Form. Beyond the Gene in Developmental and Evolutionary Biology. Massachusetts, MIT Press, 342 pp.

Newman, S.A., 2014. «Form and function remixed: developmental physiology in the evolution of vertebrate body plans», en The Journal of Physiology, 592.11:2403-2412.

Thompson, D.W., 2011. Sobre el crecimiento y la forma (ed. original de 1961). Madrid, Akal, 330 pp.

 

 

NOTAS

[1] Milésima parte de un milímetro.

[2] On Growth and Form (1961).

 

 

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Lourdes Martín Aguilar (Ciudad de México, 1994) cursa actualmente la licenciatura de Biología en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Su mayor pasión es la divulgación de la ciencia. Además de escribir sobre ciencia, le gusta dar pláticas y talleres relacionados con la misma. Otras de sus pasiones son la museología, la historia y la música. Es editora de Cuadrivio.

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