Museo Nacional de Ciencias Naturales : nuestra investigación al alcance de tu mano [1 ed.] 8400109287, 9788400109288

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MUSEO NACIONAL DE CIENCIAS NATURALES. NUESTRA INVESTIGACIÓN AL ALCANCE DE TU MANO

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS

Cristina Cánovas Fernández (Madrid, 1981), coordinadora de los capítulos de este libro, es licenciada en Ciencias Biológicas por la Universidad Complutense de Madrid, con especialidad en Zoología. Ha ejercido de vicedirectora de exposiciones en el Museo Nacional de Ciencias Naturales, donde lleva coordinándolas 15 años. Ha sido comisaria de la muestra «Un viaje fascinante de 250 años», en la que el ámbito dedicado a la investigación del museo se extrajo del material textual e iconográfico de este libro.

MUSEO NACIONAL DE CIENCIAS NATURALES. NUESTRA INVESTIGACIÓN AL ALCANCE DE TU MANO

Cristina Cánovas Fernández (Coord.)

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS Madrid, 2021

...la ciencia marcha adelante, arrollándolo todo. El árbol de la ciencia, Pío Baroja.

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PRÓLOGO 250 años de investigación al alcance de tu mano

El Museo Nacional de Ciencias Naturales es una de las instituciones científicas más antiguas de nuestro país, como demuestra el hecho de que se conmemore, en este año 2021, el 250 aniversario de su creación. La institución fue fundada por su majestad el Rey Carlos III como Real Gabinete de Historia Natural al adquirir la colección de Pedro Franco Dávila, al que nombró primer director. Ya desde entonces, la colección era más que un cúmulo de sorprendentes objetos naturales, como habían sido hasta poco antes los llamados gabinetes de curiosidades. El primer director se esmeró en colocar los objetos de la colección de acuerdo a las más modernas clasificaciones científicas de la época y pronto se comenzaron a realizar estudios sobre nuevas piezas provenientes de todos los lugares del imperio. En estos dos siglos y medio el ahora Museo ha sufrido todo tipo de avatares, pero siempre ha mantenido su afán por contribuir al avance científico y a su divulgación a la sociedad. Hoy en día, el Museo es uno de los institutos pertenecientes al Consejo Superior de Investigaciones Científicas, y los casi 80 científicos que trabajan en sus instalaciones aportan cientos de publicaciones al año en áreas de investigación relacionadas con las ciencias naturales desde la paleontología a la ecología, desde el cambio global a la biogeoquímica y desde la biología evolutiva a la geología. En todos estos campos se desarrollan avances científicos cada año por parte de los investigadores del Museo, y en estas páginas van a encontrar un conjunto de contribuciones que resumen con gran precisión la investigación que hoy en día se desarrolla en nuestro centro. Durante los últimos ocho años he tenido el honor de dirigir esta institución, lo cual me ha dado una nueva perspectiva sobre la investigación que se desarrolla en el Museo. Los investigadores vivimos a menudo encerrados en nuestros despachos, rodeados exclusivamente de la información que tiene que ver con nuestros intereses científicos concretos. Esto no es de extrañar en un mundo cada día más competitivo donde se publican avances científicos constantemente y está muy penalizado quedarse atrás. Sin embargo, desde la dirección de un centro tan complejo y multidisciplinar, se obtiene una visión de conjunto que muestra claramente los problemas que nos genera esta carrera por el descubrimiento. Cada investigador es un especialista en su área, pero desconoce en general lo que hace su colega en el despacho contiguo. Las interacciones entre científicos trabajando en asuntos aparentemente dispares son raras, a pesar de la cercanía física de los investigadores, y el desprecio por lo que hacen los demás con respecto a la propia investigación resulta frecuente. Aun comprendiendo que no

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nos podemos permitir quedarnos al margen de este mundo de índices de impacto y número de citas en el que se ha convertido la valoración de la ciencia, desde un principio huimos en esta Dirección de la comparación de investigaciones provenientes de áreas distintas, ya que cada investigación debe valorarse en comparación con las de su propia temática y por expertos en ella. Además, promovimos la interacción entre los investigadores, animando a que mostraran su trabajo a los compañeros del centro en jornadas científicas y de colecciones y a que trasladaran su resultados, tanto a sus colegas como al público, en las exposiciones. También se apoyó, dentro de lo posible, la adquisición de equipamiento científico moderno que permitiera mantener la investigación de primera línea en el centro. Creo que estas iniciativas han sido fructíferas, aunque todavía queda camino por recorrer. Hoy en día todos somos conscientes del interés en mantener y mejorar las múltiples disciplinas que se cultivan en el Museo sin dejar que ninguna desaparezca. Estoy seguro de que, tras la atenta lectura de los textos que encontrarán a continuación, todos coincidirán conmigo en la extraordinaria importancia de la investigación que realizan nuestros científicos y su enorme relavancia para el avance del conocimiento en múltiples campos de la ciencia. Espero que en el futuro, quizá dentro de otros 100 o 200 años, los investigadores encuentren en estas páginas los cimientos de la ciencia de su época. Ese será nuestro mayor logro.

Santiago Merino Rodríguez Director del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC).

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INTRODUCCIÓN

A finales del siglo xviii se fue asentando la idea de los museos como instituciones dedicadas al estudio y el avance de las ciencias, las artes, las letras y la historia. Una corriente generalizada en todas las grandes capitales europeas. El Real Gabinete no fue una excepción, y su destino entonces y como museo ahora, ha sido compaginar la investigación y la difusión del conocimiento, esta última a veces de forma reglada. Una manera de incentivar y satisfacer la curiosidad e inquietud intelectual sobre la Naturaleza en su sentido más amplio, incluyendo en su estudio a la especie humana. Hoy, en un momento en el que un virus ha paralizado el mundo, la imparable ciencia nos ha devuelto el movimiento, la vida. Este libro se presenta en el 250 aniversario del Museo Nacional de Ciencias Naturales y nace como un homenaje a la ciencia que se realiza en este Museo, un espacio que mantiene el latido de ese afán por avanzar en el conocimiento del mundo vivo y la gea que lo soporta. Nombres propios, ya familiares para todos en estos tiempos, como son la paleontología, la ecología, la bioquímica, la evolución o la biodiversidad y el vasto campo de la geología, o los estudios sobre cambio global, biogeografía y otros, son el escenario donde se desarrollan investigaciones ininterrumpidas desde hace más de 40 años. Hemos intentado reflejar en este libro una parte de ellas, organizándolas en 5 bloques para facilitar su comprensión: «La biodiversidad, nuestra riqueza natural»; «Estrategias para sobrevivir»; «La importancia de lo pequeño»; «Nuestro planeta y el cambio global»; «Un planeta de 4000 millones de años». Más de 100 autores han participado en la elaboración de estos capítulos y, lejos de las normas de publicación en revistas científicas, les hemos pedido que saquen su ciencia del despacho, del laboratorio, de la universidad y del campo, de la manera que quisieran, pero con una condición: implicar al lector. Para ello nos han acercado, no solo los resultados de sus estudios, sino también a las personas que los han protagonizado. A todas ellas, muchas gracias.

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ÍNDICE Un museo útil 01. LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL La diversidad biológica: lo más valioso y desconocido de este planeta ¿Cómo se ha originado la diversidad animal que nos rodea? Filogeografía: la distribución de los genes en el espacio y en el tiempo Gradientes geográficos de biodiversidad Especiación en islas: peces tropicales en lagunas de origen volcánico Evolución de aves en islas oceánicas El estudio científico de especies amenazadas, clave para su conservación El hongo asesino de anfibios: visión global El hongo asesino de anfibios en España Himenópteros, un orden hiperdiverso de insectos Los endemismos de nuestros ríos Seguimiento de la biodiversidad en las áreas marinas protegidas Diversidad genética en invertebrados marinos amenazados La diversidad de los caracoles cono El proyecto Fauna Ibérica La conservación de la biodiversidad en los medios humanizados Genética y reproducción de especies amenazadas 02. ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR Sobrevivir al invierno En un país donde las aves desaparecen La importancia del parasitismo Los rasgos de historia de vida y el estrés oxidativo Automedicación en fauna: evidencias y perspectivas Nicho trófico: relaciones depredador-presa en la región mediterránea Selección sexual: determinantes e importancia El color de los animales Tapices de sonido: cantos de aves y ruido de fondo Sonidos y vibraciones. Percepción y comunicación en ranas y sapos Venenos, toxinas y especies marinas Las especies invasoras acuáticas en la península ibérica 03. LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO El MNCN en la historia de la microbiodiversidad Humanos, animales y microrganismos asociados Últimos refugios de vida en el ambiente poliextremo del desierto de Atacama y análogos de Marte Diversidad microbiana oculta en los lugares más remotos e inhóspitos del planeta Rocas construidas por bacterias: los estromatolitos silíceos Biodeterioro de piedra monumental Fauna acuática subterránea. La vida en la oscuridad Del río a la alacena (del museo) Invertebrados y calidad del agua Forma, distribución y costumbres del auténtico gusano plano Entomología sanitaria

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04. NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL La vida humana depende de la salud de los ecosistemas ¿Qué son los bosques y qué nos aportan? El clima que nos espera. Bosques y cambio global La contaminación del suelo El suelo y la importancia del humus Ecosistemas subterráneos: laboratorios naturales La biogeoquímica acuática (o el apasionante estudio de la dependencia de la biosfera en un mundo invisible dominado por reacciones químicas) Los ríos perdidos de la Patagonia ¿Cómo afecta el cambio climático a la biodiversidad? Las mariposas como indicadores del cambio global Escarabajos, excrementos y cambio global Las aves europeas frente al cambio global 05. UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS Cambio climático y diversificación de los caballos Los roedores del pasado y su importancia actual Los neandertales en el Museo Nacional de Ciencias Naturales La biología tridimensional Los moluscos en arqueología Expedición paleontológica en Namibia (NPE) Anatomía funcional en paleontología Las extinciones en el pasado, previsión para el futuro El papel de los meteoritos en la historia de la Tierra y su relevancia actual El registro geológico de tsunamis: ejemplos en la península ibérica Terremotos. ¿Son tan peligrosos? Resonancia magnética nuclear en mineralogía Materiales radioactivos en la historia de la Tierra La Ciencia, una diosa destructora

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UN MUSEO ÚTIL

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CAROLINA MARTÍN ALBALADEJO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Según el Consejo Internacional de Museos, «un museo es una institución permanente, sin fines de lucro, al servicio de la sociedad y abierta al público, que adquiere, conserva, estudia, expone y difunde el patrimonio material e inmaterial de la humanidad con fines de estudio, educación y recreo». En esta definición, «al servicio de la sociedad» evoca el nacimiento del Real Gabinete de Historia Natural, del cual es descendiente directo el actual Museo Nacional de Ciencias Naturales. El Real Gabinete fue creado con la idea de dotar a la nación de una institución que fuera de utilidad pública y, para que no quedara duda alguna, sirva la declaración que se cinceló en la entrada de su primera sede: «El Rey Don Carlos III asoció bajo un mismo techo a la Naturaleza y las Artes para utilidad pública». ¿Lo fue entonces?, ¿lo sigue siendo ahora?, ¿lo ha sido siempre de la misma manera? El modelo general de museo se entiende como una institución que trabaja en tres áreas relacionadas íntimamente entre sí: investigación, colecciones y exposiciones y programas dirigidos al público general. El tipo de investigación, y las preguntas que se hacen los científicos, inciden en el tipo de fondos que se generan y custodian, y viceversa; la forma de exponer al público los descubrimientos tiene mucho que ver con estos fondos y con las investigaciones que se desarrollan en el centro.  achada del Museo Nacional F de Ciencias Naturales. Foto: Jesús Muñoz.

Son muchos los años que nos separan de aquel Gabinete y la forma en la que la institución ha intentado ser útil ha recorrido un largo y cambiante camino. La orientación que la investigación, colecciones y difusión para el público han tenido a lo largo del tiempo ha cambiado en estos 250 años, adaptándose tanto a los avances de la ciencia como a los intereses de una sociedad en continua transformación. Nació aquel Gabinete como un lugar en donde mostrar las maravillas de la naturaleza. Cámara de curiosidades que acogía multitud de piezas tanto naturales como manufacturadas. Conchas, esqueletos, pieles y plantas, fósiles, huevos, mobiliario, objetos artísticos y decorativos, mapas y monedas, manuscritos o libros raros, todo podía ser útil para enseñar la riqueza del planeta a la persona que se acercara a sus dependencias con curiosidad. Así fueron aquellos primeros años. Lo asombroso, lo raro, lo desconocido atraía. Las riquezas de los territorios de ultramar de la corona española tenían un lugar destacado. La concepción de utilidad pública que podemos vincular a esta etapa tenía mucho que ver con el interés en averiguar cuánto había en aquel mundo del que tanto quedaba por conocer. Se recolectaban y coleccionaban ejemplares que se mostraban como objetos únicos. Aquella fase dedicada a la contemplación y admiración de lo inusual y desconocido dejó paso al interés por el uso práctico que podía tener todo aquello. ¿Qué minerales podían ser de provecho?, ¿qué animales eran los más útiles? y, para sembrar, ¿qué plantas?

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MUSEO NACIONAL DE CIENCIAS NATURALES. NUESTRA INVESTIGACIÓN AL ALCANCE DE TU MANO

«EL REAL GABINETE FUE CREADO CON LA IDEA DE DOTAR A LA NACIÓN DE UNA INSTITUCIÓN QUE FUERA DE UTILIDAD PÚBLICA» Conocer los hábitos de las especies que atacaban los cultivos también supondría un gran beneficio. El Museo se centró en el inventario de la diversidad. Lo mismo se podían estudiar ballenas, que plantas acuáticas; observar los ciclos de los insectos o buscar yacimientos minerales o fosilíferos. Se publicaban novedades, se transmitían nuevos conocimientos. Las colecciones científicas se incrementaban con recolecciones, compras, donaciones o intercambios. Con el paso del tiempo, y un más profundo enten­ dimiento de la naturaleza, la especialización se abrió paso ganando lugar al saber más generalista. Al Museo llegó también esta particularidad. Parte de sus colecciones fueron cedidas a nuevos establecimientos educativos y el área de conocimiento de la que el centro se ocupaba se fue haciendo más restringida. Se incrementó el esfuerzo en avanzar en el entendimiento básico de la naturaleza y las investigaciones en zoología, geología y paleontología crecieron. Los estudios tenían una marcada conexión con los fondos científicos y estos se desarrollaban a la par que ellos. Las exposiciones se fundamentaban también en las piezas que el Museo custodiaba. El público entraba al Museo dispuesto a aprender. En el actual Museo Nacional de Ciencias Naturales las investigaciones no dependen mayoritariamente del material custodiado en sus colecciones. La diversidad de temas que aborda es muy especializada y se extiende desde estudios centrados en pequeños seres cavernícolas a la paleoantropología, del comportamiento social en aves a las investigaciones sobre contaminación ambiental, gestión del suelo o explotación de rocas y recursos minerales. Los fondos científicos se conservan con nuevas técnicas teniendo presente los vigentes métodos de estudio; una de sus prioridades se centra en la gestión y distribución de los datos que las piezas conservan. Las exposiciones y programas de divulgación dirigidos a un público general ofrecen educación y también entretenimiento.

En estos 250 años los objetivos de las tres grandes áreas que forman el Museo han ido adaptándose y respondiendo a los intereses de la sociedad. La investigación pretende proporcionar respuestas a unas preguntas que nada tienen que ver con las que inicialmente se hicieron aquellos primeros naturalistas del Real Gabinete; las colecciones científicas resuelven temas que no solo tienen que ver con la investigación científica, y las exposiciones y programas públicos educan y distraen. Quienes se dedican a las ciencias naturales persiguen entender, explicar y mostrar el funcionamiento del mundo. Así fue en aquel primer Gabinete creado para utilidad pública y así es también en el actual Museo Nacional de Ciencias Naturales puesto al servicio de la sociedad.

UN MUSEO ÚTIL

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Figura 1. Juan Bautista Bru de Ramón. Colección de láminas que representan los animales y monstruos del Real Gabinete de Historia de Madrid, con una descripción individual de cada uno. Imprenta de Andrés de Sotos, 1784-1786, tomo I. Biblioteca del Museo Nacional de Ciencias Naturales, CSIC. Signatura: 3-983. Foto: Jesús Muñoz.

Figura 2. Vitrina de cebras de la exposición «Biodiversidad». Foto: Jesús Muñoz.

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MUSEO NACIONAL DE CIENCIAS NATURALES. NUESTRA INVESTIGACIÓN AL ALCANCE DE TU MANO

PARA SABER MÁS

Barreiro, A. J. (1992). El Museo Nacional de Ciencias Naturales. Doce Calles.

REFLEXIONES

Cazurro, M. (1921). Ignacio Bolívar y las ciencias naturales en España. Imprenta Clásica Española (edición facsímil de A. Gomis, CSIC, 1988).

—¿Qué nos aporta la ciencia?

Gomis blanco, A., & Peña de Camus, S. (2011). Hace 100 años el Museo estrenó sede (1910-2010). CSIC – Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN). Martín Albaladejo, C. (Ed.). (2020). Del elefante a los dinosaurios. 45 años en la historia del MNCN (1940-1985). Doce Calles. Villena, M., Almazán, J. S., Muñoz, J., & Yagüe, F. (2009). El gabinete perdido. Pedro Franco Dávila y la Historia Natural del Siglo de las Luces. CSIC.

La ciencia nos aporta un marco estable que incide de forma decisiva tanto en las preguntas que nos hacemos como en la búsqueda de respuestas sobre el mundo que nos rodea. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Investigar es de alguna manera una forma de vivir. El enfoque con el que te enfrentas a la resolución de una pregunta se extiende a muchas situaciones de tu día a día. La crítica, el análisis, el no conformarse con las primeras explicaciones que te dan, o encuentras, configura tu forma de hacer. En este sentido, el método científico proporciona una valiosa herramienta para enfrentarse a la complejidad del mundo. Y si esto alude a la razón, al mundo de los sentidos corresponde esa sensación que te embarga cuando descubres algo que no sabías, sensación que da paso a otra que tiene que ver con los nuevos interrogantes que aquel saber trae consigo. Curiosidad nunca satisfecha, infinitos enigmas por descubrir. Todo esto me acompaña, siempre.

UN MUSEO ÚTIL

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

UN PLANETA DE 4.000 MILLONES DE AÑOS

LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA: LO MÁS VALIOSO Y DESCONOCIDO DE ESTE PLANETA

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DAVID R. VIEITES Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

La evolución del lenguaje es una de las características fundamentales que han llevado al Homo sapiens a ser la especie que somos actualmente. Los precursores del Homo sapiens pasaron de emitir sonidos guturales a elaborar las primeras palabras, abriendo un nuevo mundo de posibilidades de comunicación entre individuos. Esos individuos prehistóricos, para entenderse, debían poder comunicar a los demás conceptos e ideas asociados a su entorno. De esta forma, tuvieron que asociar sonidos o palabras a las cosas que les rodeaban. Decía Gabriel García Márquez en los primeros compases de su novela Cien años de soledad: «El mundo era tan reciente, que muchas cosas carecían de nombre, y para mencionarlas había que señalarlas con el dedo». Poner nombre a las cosas, animales que nos podían comer o que podíamos cazar, o situaciones concretas, debió ser fundamental para transmitir conocimientos a los demás. Pero eso también requiere un consenso para llamar de la misma forma a algo. Si llamamos león a un depredador y otros no reconocen esa asociación entre el animal y ese nombre, pueden morir.

 areja de Boophis pyrrhus en amplexus, P Ambohidray, este de Madagascar. Los nombres científicos a veces se otorgan en función de características de la especie. En este caso pyrrhus viene del griego Pyrros que significa «llama de color rojo», a lo que recuerda la coloración de la especie.

Sin duda, entre las primeras palabras que inventó el ser humano debían estar los nombres para animales, plantas y el medio en que vivían, que servirían para identificar recursos, sitios donde alimentarse o refugiarse, o peligros como depredadores. A medida que fueron apareciendo diferentes idiomas, también se multiplicaron los nombres comunes de los diferentes animales y plantas, creándose un nuevo problema: demasiados nombres diferentes para una misma cosa. Fue Linneo, un científico sueco del siglo xviii, quien tuvo la brillante idea de crear un sistema de clasificación de los animales y plantas dándoles un nombre nuevo, científico, en latín, que sería el «oficial». Dos palabras, el género y la especie, nombrarían desde entonces de forma única a cada grupo de organismos con características comunes (lo que llamamos especie), y durante los últimos 300 años, taxónomos de todo el planeta se han dedicado a ponerle nombre científico a los diferentes organismos. Los investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales han estado involucrados en esta ingente labor desde sus inicios, hace ya 250 años, y así continuamos, generación tras generación, intentando caracterizar la biodiversidad y nombrarla para poder preservarla. La pregunta que surge es: ¿cuántas especies hay? o, visto desde la perspectiva práctica de un niño: ¿falta mucho (para descubrirlas a todas y ponerles nombre)? La respuesta es: no sabemos y sí, respectivamente. No sabemos cuántas especies hay porque quedan por explorar muchas de las zonas con mayor número de especies, o biodiversas,

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«ES POSIBLE QUE HAYA MUCHAS ESPECIES DE SERES MICROSCÓPICOS POR DESCUBRIR EN NUESTRO JARDÍN NUEVAS PARA LA CIENCIA, QUE ESPERAN LA LLEGADA DEL TAXÓNOMO»

principalmente en las regiones tropicales (Vieites et al., 2009). También porque hay grupos más populares que otros y es posible que haya muchas especies de seres microscópicos por descubrir en nuestro jardín nuevas para la ciencia, que esperan la llegada del taxónomo apropiado para ser descubiertas, mientras que la clasificación o taxonomía de grupos como mamíferos o aves está ya casi resuelta. Hay diferentes estimas sobre cuántas especies existen, todas con muchos ceros detrás, que probablemente no bajen de los 50 millones. La secuenciación masiva de ADN de agua del mar, suelos y otros medios, ha mostrado una increíble biodiversidad hasta hace poco desconocida de microorganismos, que dispara las estimas del número de especies (Larsen et al., 2017). Así que, sí, falta mucho para describirlas a todas y quizás no podamos completar el inventario por dos motivos fundamentales: no hay suficientes taxónomos y muchas van a desaparecer antes de que siquiera conozcamos su existencia. Y es que vivimos en un momento de cambio global con una pérdida de ecosistemas y especies que recuerda a la de las grandes extinciones masivas del pasado de la Tierra (Ceballos et al., 2020). Existe cada vez más evidencia de que estamos inmersos en una gran extinción de la vida en la Tierra, en gran parte debida a la acción del ser humano. Somos una especie inteligente, con una increíble capacidad de creación y manipulación del medio, que ha llegado a un desarrollo tecnológico sin parangón en la historia de la vida en nuestro planeta. Eso ha mejorado las condiciones de vida de mucha gente, pero a costa de la extracción y explotación de los recursos naturales de forma masiva. Destruimos ecosistemas enteros, contribuimos a cambiar el clima, modificamos el territorio haciéndolo inhóspito para muchas especies, movemos especies y enfermedades

de un sitio a otro, etc., de tal forma que muchas especies no son capaces de adaptarse a esos cambios. Cambios que, por otra parte, suceden muy rápido; los que, primero a pequeña escala y luego de forma global, están borrando gran parte de la biodiversidad del planeta. Me preguntaban hace tiempo en un foro de periodistas qué es la biodiversidad y para qué vale. En realidad, el concepto clásico de especies que viven en el planeta o en una zona se ha expandido a biodiversidad 2.0, que incluiría a la función ecosistémica de esas especies, no solo su número; o biodiversidad 3.0, que además incluiría las relaciones entre especies; o incluso biodiversidad 4.0 que incluye la variación genética en las diferentes especies. Pero la base del concepto sigue requiriendo identificar y nombrar a esas unidades o especies. Parece mentira, pero la palabra biodiversidad tiene menos de cuarenta años, cuando no pensábamos que nos encontraríamos 40 años después inmersos en una carrera contrarreloj intentando caracterizarla antes de que desaparezca. Se puede considerar la vida en la Tierra, o biodiversidad, desde diferentes perspectivas. No me entusiasma la de recurso, pero si usamos esa terminología, la biodiversidad es sin duda el recurso más valioso que hay en este planeta. Contribuye al clima, nos da de comer, de ella extraemos productos de diferentes tipos, medicamentos y un sinfín de recursos que nos permiten vivir como vivimos. En lugar de preservarla, en la práctica, los datos indican que nunca antes la habíamos degradado tanto como lo estamos haciendo ahora, bien directa como indirectamente, lo cual tendrá un impacto claro en la humanidad (Cardinale et al., 2012). Por eso tenemos la obligación, al menos moral, de intentar preservarla por todos los medios. Durante los últimos 250 años este Museo, a través de la gente que lo habita, ha contribuido a conocer mejor la vida en este planeta. Seguimos con este

La diversidad biológica: lo más valioso y desconocido de este planeta

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Figura 1. Boophis viridis, Ambohidray, este de Madagascar. Muchas ranas arborícolas como esta son de un color verde uniforme y se mimetizan con las hojas de los árboles, pero tienen unos ojos característicos que, junto con el canto distintivo de cada especie, nos permiten diferenciarlas entre sí.

Figura 2. Mantella milotympnum x crocea, Ambohidray, este de Madagascar. Las Mantella son ranas venenosas que secretan alcaolides por la piel y presentan coloraciones aposemáticas. En el este de Madagascar hay áreas de contacto entre diferentes linajes con coloraciones espectaculares.

Foto: David Vieites.

Foto: David Vieites.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

trabajo, creando una base de conocimiento cada vez más completa para generaciones futuras. No sé en qué situación estarán dentro de 100 u otros 250 años, pero esperemos que nuestro esfuerzo y el de generaciones previas sirvan para que se conozca y se preserve parte del recurso más valioso y todavía en gran medida desconocido que es la diversidad biológica.

PARA SABER MÁS

Cardinale, B. J., Duffy, J. E., Gonzalez, A., Hooper, D. U., Perrings, C., Venail, P., … & Naeem, S. (2012). Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature, 486(7401), 59-67. Ceballos, G., Ehrlich, P. R., & Raven, P. H. (2020). Vertebrates on the brink as indicators of biological annihilation and the sixth mass extinction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(24), 13596-13602. Larsen, B. B., Miller, E. C., Rhodes, M. K., & Wiens, J. J. (2017). Inordinate fondness multiplied and redistributed: the number of species on earth and the new pie of life. The Quarterly Review of Biology, 92(3), 229-265. Vieites, D. R., Wollenberg, K. C., Andreone, F., Köhler, J., Glaw, F., & Vences, M. (2009). Vast underestimation of Madagascar's biodiversity evidenced by an integrative amphibian inventory. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(20), 8267-8272.

La diversidad biológica: lo más valioso y desconocido de este planeta

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos permite buscar respuestas a todo tipo de preguntas sobre cómo funciona el mundo mediante el método científico, aportando nuevos conocimientos que generarán nuevas preguntas en un ciclo sin fin.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? El descubrimiento de nuevas cosas que nadie antes había encontrado, desde un nuevo comportamiento reproductor en ranas hasta nuevas especies para la ciencia en los trópicos.

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¿CÓMO SE HA ORIGINADO LA DIVERSIDAD ANIMAL QUE NOS RODEA?

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MARIO GARCÍA PARÍS Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

La línea central de investigación de nuestro equipo (Biodiversity Screening Lab.) se centra en el estudio de los procesos históricos que han originado la diversidad animal que nos rodea. Intentamos responder a preguntas sobre cómo se forman las especies o qué procesos de diversificación son los responsables de la diversidad actual. Para responderlas trabajamos en la interfaz entre el estudio de las especies y sus relaciones mediante análisis filogené­ticos y el estudio de la estructura geográfica y genética de las poblaciones mediante análisis filogeográficos. Con el estudio filogenético podemos obtener un marco temporal en el que encuadrar el momento en el que se produce cada proceso de especiación y también identificar tasas de diversificación y extinción en cada linaje. Con el estudio filogeográfico podemos identificar los factores que determinan el aislamiento entre poblaciones actuales. La combinación de estas dos estrategias de análisis en especies y linajes diversos, incluyendo tanto artrópodos, varias familias de coleópteros, dermápteros, ortópteros y anostráceos, como vertebrados, sobre todo anfibios, nos permite extraer conclusiones generalizables para la biodiversidad global. Además, a partir de los análisis filogenéticos se nos abre la oportunidad de estudiar cómo se produce el cambio morfológico, es decir, cómo han evolucionado los caracteres que hoy observamos en las especies

 aula C. Rodríguez Flores muestreando P en un campo roturado con Chirocephalus de Ciria, Soria. Foto: Mario García París.

actuales; mientras que con los análisis filogeográficos podemos determinar cómo se estructuran geográficamente los diferentes sublinajes que conforman una única unidad evolutiva, la especie, lo que a su vez nos permite realizar labores de taxonomía identificando y descubriendo especies que hasta ahora no se conocían o habían pasado inadvertidas. Tanto los análisis filogenéticos como los filogeográficos requieren la inclusión de un muestreo completo, es decir, todas las especies conocidas de un linaje en el caso de la filogenia, o representantes de todas las poblaciones de una especie en el caso de la filogeografía, para ser rigurosos con la conclusiones que se obtienen. Por ello gran parte del tiempo de nuestra investigación lo tenemos que dedicar a la realización de trabajo de campo para la localización de las especies de los grupos que estudiamos en diversas áreas del planeta como Europa occidental, el noroeste de África y gran parte del continente americano. Estos trabajos de campo nos proporcionan un contacto directo con los organismos que estudiamos, de forma que obtenemos de forma directa datos sobre su biología o incluso nos permiten descubrir especies nuevas in situ. Muchos de los resultados que obtenemos son de aplicación directa para la conservación de las especies, en particular los estudios filogeográficos acompañados de estudios sobre la dispersión de cada especie son indispensables para determinar las necesidades de conservación y establecer estrategias de protección adecuadas para taxones amenazados. Estos

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

estudios son imprescindibles en el medio rural, donde la transformación de las prácticas agrarias y el uso indiscriminado de fitosanitarios han destruido la estructura de las poblaciones asentadas en estos medios, que al ser dominantes en nuestra zona geográfica están determinado una crisis de biodiversidad sin precedentes.

«A PARTIR DE LOS ANÁLISIS FILOGENÉTICOS SE NOS ABRE LA OPORTUNIDAD DE ESTUDIAR CÓMO SE PRODUCE EL CAMBIO MORFOLÓGICO»

PARA SABER MÁS

González-Miguéns, R., Muñoz-Nozal, E., Jiménez-Ruiz, Y., Mas-Peinado, P., Ghanavi, H. R., & García-París, M. (2020). Speciation patterns in the Forficula auricularia species complex: cryptic and not so cryptic taxa across the western Palaearctic region. Zoological Journal of the Linnean Society, 190(3), 788-823. López-Estrada, E. K., Sanmartín I., García-París, M., & Zaldívar-Riverón, A. (2019). High extinction rates and nonadaptive radiation explains patterns of low diversity and extreme morphological disparity in North American blister beetles (Coleoptera, Meloidae). Molecular Phylogenetics and Evolution, 130: 156-168. https://doi.org/10.1016/j. ympev.2018.09.014. Percino-Daniel, N., Buckley, D., & García-París, M. (2013). Pharmacological properties of blister beetles (Coleoptera: Meloidae) promoted their integration into the cultural heritage of native rural Spain as inferred by vernacular names diversity, traditions, and mitochondrial DNA. Journal of Ethnopharmacology, 147: 570-583.

Sainz-Escudero, L., López-Estrada, E. K., Rodríguez-Flores, P. C., & GarcíaParís, M. (2021). Settling taxonomic and nomenclatural problems in brine shrimps, Artemia (Crustacea: Branchiopoda: Anostraca), by integrating mitogenomics, marker discordances and nomenclature rules. PeerJ, 9, e10865. SalvadordeJesús-Bonilla, V. J., García-París, M., Ibarra-Cerdeña, C., & Zaldívar-Riverón, A. (2018). Geographic patterns of phenotypic diversity in incipient species of North American blister beetles (Coleoptera: Meloidae) are not determined by species niches but driven by demography along the speciation process. Invertebrate Systematics, 32: 672-688. Sánchez-Vialas, A., García-París, M., Ruiz, J. L., & Recuero, E. (2020). Patterns of morphological diversification in giant Berberomeloe blister beetles (Coleoptera: Meloidae) reveal an unexpected taxonomic diversity concordant with mtDNA phylogenetic structure. Zoological Journal of the Linnean Society, 189(4), 1249-1312. Sánchez-Vialas, A., Recuero, E., Jiménez-Ruiz, Y., Ruiz, J. L., Marí-Mena, N., & García-París, M. (2021). Phylogeny of Meloini blister beetles (Coleoptera, Meloidae) and patterns of island colonization in the Western Palaearctic. Zoologica Scripta, 50(3), 358-375.

¿Cómo se ha originado la diversidad animal que nos rodea?

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Figura 1. Los anostráceos, conocidos localmente como hadas o duendes de los charcos o gusarapos, son animales de medios acuáticos terrestres que, gracias a presentar huevos de resistencia, son capaces de vivir y desarrollar todo en los charcones y charcos que se forman en los cultivos roturados o en las cunetas tras las lluvias fuertes. Toda la diversidad de anostráceos y otros crustáceos de gran tamaño de estos medios se ve gravemente amenazada por el uso indiscriminado de herbicidas y pesticidas en los cultivos. En la foto, un ejemplar de Chirocephalus diaphanus de un charcón en un campo roturado en Matanza de los Oteros, León. Foto: Mario García París.

Figura 2. Los estudios filogeográficos y filogenéticos permiten detectar una diversidad escondida que requiere un análisis exhaustivo a pequeña escala geográfica. En el caso de la imagen, Sánchez-Vialas et al. (2020) fueron capaces de demostrar la existencia de numerosas especies desconocidas, bien caracterizadas morfológica y genéticamente, dentro de lo que se consideraban dos únicas especies, y ello tratándose de una de las especies de coleóptero más grande de Europa (Berberomeloe). Modificado de Sánchez-Vialas et al., 2020, Zoological Journal of the Linnean Society.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

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¿Cómo se ha originado la diversidad animal que nos rodea?

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador?

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? En mi opinión la ciencia aporta dos cosas: — Conocimiento básico, algo absolutamente necesario para tomar las decisiones correctas. Los médicos, los ingenieros, los gestores de la conservación, o incluso los políticos o sus asesores, sin los conocimientos que aporta la ciencia lo único que harían es dar palos de ciego, con los resultados catastróficos que todos ya conocemos. — Libertad de pensamiento; la ciencia libera completamente de las restricciones impuestas por la sociedad, ya que nada de este universo se ha originado por la acción humana (excepto las alteraciones ambientales del Antropoceno) y su estudio, por lo tanto, tiene que ser totalmente independiente de cualquier creencia, imposición política o factor económico. El estudio científico no requiere creer en nada, más bien al contrario, el planteamiento de hipótesis requiere dudar de todo. Y tampoco puede estar sesgado por intereses económicos porque entonces puede que nunca se haga público.

La investigación es, sin duda, una puerta abierta hacia el mundo que nos rodea, pero como investigador lo que me parece más extraordinario de la investigación es que es una auténtica expresión de libertad, es entrar en una dinámica en la que nadie más que el propio investigador toma las decisiones críticas. La función principal del investigador es pensar, sacar conclusiones de sus estudios y comunicar sus pensamientos, pero nadie puede controlar lo que puedes pensar o lo que no, nadie determina qué investigar y qué no. Cada investigador tiene por límite sus propias limitaciones (incluyendo la capacidad de conseguir financiación para sus estudios), y eso es algo que muy pocas profesiones pueden ofrecer. Los sistemas públicos de investigación tienen como finalidad desarrollar un conocimiento que de una forma u otra pueda contribuir a lo que la sociedad necesita, pero nadie sabe qué va a necesitar realmente la sociedad del futuro y, por lo tanto, la investigación no puede limitarse a objetivos inmediatos sino a conseguir una estructura de conocimiento sólida que permita recuperar todo el conocimiento no dirigido que se vaya acumulando cientos de años después de que se haya originado. Sin embargo, las políticas mercantilistas actuales y el tratar de obtener beneficios a corto plazo, dificultan la generación de conocimiento, algo que hoy día es totalmente patente en el medio natural y rural. Las alteraciones sin control del medio ambiente, incluyendo grandes explotaciones, macrogranjas y aplicación de productos agrosanitarios, están alterando de tal forma y a tal rapidez el medio natural que ya solo podemos conocer un reflejo distorsionado de los procesos naturales. Además, se limita constantemente la posibilidad de su estudio con trabas burocráticas, que solo afectan a los científicos y no a los destructores del medio natural. Como consecuencia de esta situación, concurrimos con Philip J. DeVries en sus libros sobre mariposas de Costa Rica, en que muchos de nuestros trabajos se convierten en realidad en epitafios de una biodiversidad que ya ha desaparecido.

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FILOGEOGRAFÍA: LA DISTRIBUCIÓN DE LOS GENES EN EL ESPACIO Y EN EL TIEMPO

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ÍÑIGO MARTÍNEZ-SOLANO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

El concepto filogeografía fue acuñado en 1987 por el biólogo evolutivo John Avise (Avise et al., 1987) y puede definirse como el estudio de la relación entre los genes y su distribución geográfica. El término hace referencia a la combinación de análisis filogenéticos y espaciales, es decir, a la reconstrucción de las relaciones de parentesco entre poblaciones de una especie, considerando explícitamente el contexto geográfico en el que ha transcurrido su historia evolutiva. Caracterizar la distribución en el espacio de la diversidad genética de las especies permite testar hipótesis acerca de los procesos históricos que las han originado y representa el enfoque típico de un estudio filogeográfico. Conforme se van desarrollando estudios sobre especies que habitan un mismo territorio, su análisis comparado permite extraer información muy valiosa para entender el papel de los grandes eventos tectónicos y climáticos que han modelado la trayectoria evolutiva de los distintos grupos taxonómicos, y que por tanto han dado lugar a las comunidades animales y vegetales de la actualidad. Desde su concepción original, los estudios filogeográficos han tenido la vocación de servir de puente entre disciplinas que habían avanzado de forma

 irco de Gredos, España. Las montañas C del Sistema Central ibérico han tenido un papel central en la historia evolutiva de muchas especies, buena parte de ellas endémicas. Foto: Íñigo Martínez-Solano.

independiente en el estudio de la evolución. De este modo, la filogeografía conecta los procesos microevolutivos que tienen lugar en las poblaciones que conforman las especies, tradicionalmente abordados dentro del marco teórico de la genética de poblaciones o de la ecología, con los procesos macroevolutivos que dan lugar a la enorme variedad de especies que existen y han existido en nuestro planeta, y que son el objeto de estudio de paleontólogos y biólogos evolutivos. Por tanto, la filogeografía tiene desde sus inicios una naturaleza integradora y, a partir de la combinación de múltiples líneas de evidencia asociadas a diferentes escalas espaciales y temporales, trata de responder a una pregunta central: ¿cuál es el origen de la diversidad biológica que observamos hoy en día en la naturaleza? En los más de 30 años transcurridos desde el primer uso del término, la filogeografía se ha convertido en una disciplina clave en el ámbito de la biología evolutiva, con aportaciones relevantes en campos como la biogeografía, la sistemática o la biología de la conservación (Avise, 2009). A partir del foco inicial en el estudio de secuencias de ADN mitocondrial para reconstruir la historia evolutiva de poblaciones y especies, sobre todo de vertebrados terrestres y dulceacuícolas, hoy día la filogeografía ha pasado a analizar datos genómicos de comunidades de organismos de múltiples grupos taxonómicos a lo largo y ancho de todos los biomas del planeta para tratar de inferir los aspectos comunes y diferenciales de sus respectivas historias. La popularidad de la filogeografía ha impulsado además el desarrollo de importantes

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«LA FILOGEOGRAFÍA TRATA DE RESPONDER A UNA PREGUNTA CENTRAL: ¿CUÁL ES EL ORIGEN DE LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA QUE OBSERVAMOS HOY EN DÍA EN LA NATURALEZA?»

avances teóricos y nuevas herramientas analíticas capaces de integrar cantidades ingentes de datos (genómicos, ecológicos, espaciales) en modelos que cada vez reflejan y reconstruyen más fielmente la compleja realidad biológica y su evolución en el tiempo y el espacio (Hickerson et al., 2010). La relevancia de la filogeografía en el contexto actual, marcado por la crisis de la biodiversidad y los efectos del cambio climático, no deriva únicamente de su importancia como fuente de información acerca del origen de la biodiversidad, sino también de su aplicación en la conservación de especies y ecosistemas. En este sentido, los estudios filogeográficos permiten identificar áreas de endemismo que han sido escenario de la acción de eventos tectónicos, agentes climáticos y procesos evolutivos sobre comunidades enteras de animales y plantas durante miles o millones de años, propiciando el aislamiento de linajes a lo largo del tiempo y la consiguiente diferenciación de especies. Estos estudios también han sido clave para identificar nuevas especies que habían pasado desapercibidas para la ciencia por su parecido con otras especies ya conocidas, así como para comprender mejor el papel que han tenido los cambios climáticos del pasado en las poblaciones de diferentes especies, con consecuencias como fluctuaciones en sus tamaños poblacionales y modificaciones en sus rangos de distribución. Esta información es tremendamente importante para valorar en su justa medida la biodiversidad que albergan nuestros ecosistemas, entender los procesos que la generan y mantienen (también los que la amenazan) y dedicar los recursos necesarios para su conservación a largo plazo.

Filogeografía: la distribución de los genes en el espacio y en el tiempo

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Figura 1. Sapo partero ibérico Alytes cisternasii, un endemismo ibérico. Los sapos parteros tienen una biología reproductora única: los machos cuidan de las puestas de huevos durante buena parte del desarrollo de las larvas, hasta que pueden nadar y alimentarse por sí mismas, momento en el cual son liberadas en cursos de agua o charcas temporales. Foto: Íñigo Martínez-Solano.

Figura 2. Sierra Nevada, California, EE. UU., centro de diversificación de múltiples especies de flora y fauna, como las salamandras del género Batrachoseps.

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Foto: Íñigo Martínez-Solano.

Figura 3. Salamandra del género Batrachoseps, un grupo antiguo y endémico de la costa oeste de Norteamérica que se caracteriza por la gran similitud morfológica de sus diferentes especies y su marcada estructura filogeográfica. Foto: Íñigo Martínez-Solano.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Avise, J. C. (2009). Phylogeography: retrospect and prospect. Journal of Biogeography, 36(1), 3-15. Avise, J. C., Arnold, J., Ball, R. M., Bermingham, E., Lamb, T., Neigel, J. E., … & Saunders, N. C. (1987). Intraspecific phylogeography: the mitochondrial DNA bridge between population genetics and systematics. Annual Review of Ecology and Systematics, 18(1), 489-522. Hickerson, M. J., Carstens, B. C., Cavender-Bares, J., Crandall, K. A., Graham, C. H., Johnson, J. B., … & Yoder, A. D. (2010). Phylogeography’s past, present, and future: 10 years after. Molecular Phylogenetics and Evolution, 54(1), 291-301.

Filogeografía: la distribución de los genes en el espacio y en el tiempo

 n descanso durante el trabajo de campo U en el lago Shasta, California, EE. UU., cuyos alrededores albergan especies endémicas de salamandras.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Creo que la aportación principal de la ciencia es dotarnos de herramientas críticas para comprender nuestro origen como especie y el funcionamiento del mundo que nos rodea. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? La motivación principal que me ha acompañado durante mi carrera como investigador es la posibilidad de aprender continuamente cosas nuevas acerca de mis animales favoritos, los anfibios. Dedicarme a la investigación me ha permitido abordar cuestiones generales

acerca de su origen y evolución, así como sobre aspectos básicos de su biología. Entre los momentos más gratificantes destacaría aquellos relacionados con el descubrimiento de nuevas especies, o de detalles desconocidos acerca de la capacidad de dispersión de diferentes especies de salamandras, ranas y sapos, o de su longevidad, que en algunos casos puede superar los 10 años en el medio natural. Durante mi carrera científica, todos los años he aprendido cosas nuevas acerca de los anfibios y todos los años han surgido nuevas preguntas que mantienen viva mi curiosidad por conocer un poco mejor cómo funcionan sus poblaciones, para poder aplicar este conocimiento a mejorar su estado de conservación.

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GRADIENTES GEOGRÁFICOS DE BIODIVERSIDAD

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JOAQUÍN HORTAL Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

La diversidad de la vida varía en el espacio, además de en el tiempo. En general, hay más especies en los trópicos que hacia los polos, además de mayor diversidad de otros aspectos de la biodiversidad, como formas, funciones ecológicas, interacciones entre especies o linajes evolutivos. Estos gradientes también aparecen en las montañas –hay menor diversidad cuanto más cerca estamos de las cumbres–, o en los mares y océanos –hay menos especies (tanto pelágicas como bentónicas) a mayor profundidad. En general, la biodiversidad disminuye a medida que las condiciones ambientales son progresivamente más extremas, creando gradientes de diversidad asociados con la temperatura, la precipitación, la aridez, la salinidad o la profundidad, entre otros muchos factores. Estas variaciones espaciales de diversidad se dan tanto a escalas de unos pocos centímetros o metros como de cientos y miles de kilómetros, abarcando toda la extensión del planeta. Los gradientes geográficos de biodiversidad han fascinado a naturalistas, ecólogos y biólogos evolutivos desde que Alexander von Humboldt describió el gradiente latitudinal de diversidad y los gradientes de altitud hace más de 200 años en su Ansichten der Natur. De hecho, intentar identificar el origen del gradiente latitudinal de diversidad es una de las primeras grandes preguntas investigadas por la ecología, si no la primera. Sin embargo, ha sido difícil alcanzar un consenso general sobre cuál es la verdadera naturaleza de este gradiente y cuáles son los principales factores que lo generan. A lo largo de estos dos siglos se han presentado varias decenas de

hipótesis y modelos como explicaciones para este gradiente, que se pueden agrupar en explicaciones ecológicas, evolutivas e históricas. Y que, además de la dependencia de la vida de condiciones ambientales adecuadas, tienen en cuenta hechos como que, en general, los linajes extratropicales son evolutivamente más recientes que los tropicales; o que los movimientos de las diferentes masas terrestres son debidos a la deriva continental; o que el clima de la Tierra ha sido mayoritariamente tropical hasta la intensificación de las épocas glaciares a finales del Plioceno –hace unos tres millones de años; o que los cambios climáticos asociados a estas glaciaciones han sido mucho más intensos en las áreas extratropicales y polares. En total, el número de causas diferentes que han sido propuestas para explicar el gradiente latitudinal de diversidad pueden reducirse a no menos de 26 hipótesis, que tienen en cuenta no solo los límites ecológicos para albergar números progresivamente mayores de especies de los diferentes tipos de ecosistemas, sino también las tasas evolutivas de diversificación y el tiempo histórico que cada región o territorio ha tenido para la acumulación de nuevas especies. Además de eso, es necesario tener en cuenta que, aunque en general los trópicos albergan más especies, diferentes taxones muestran diferentes formas y tasas de variación espacial. De hecho, un número considerable de grupos –como los pinos, los coleópteros acuáticos o las avispas parasitoides– muestran patrones inversos, con faunas y floras más ricas en regiones templadas frías.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«EL NÚMERO DE CAUSAS DIFERENTES QUE HAN SIDO PROPUESTAS PARA EXPLICAR EL GRADIENTE LATITUDINAL DE DIVERSIDAD PUEDEN REDUCIRSE A NO MENOS DE 26 HIPÓTESIS»

Para comprender toda esta complejidad de respuestas y factores es necesario integrar la investigación en ecología y evolución. Este es uno de los objetivos de la biogeografía, que utiliza una perspectiva temporal y espacial amplia para entender las variaciones de la diversidad biológica en el espacio y en el tiempo. Esta disciplina integradora –que se remonta al propio Humboldt– utiliza a la vez explicaciones históricas y funcionales (ecológicas y evolutivas) para explicar la compleja dinámica de la biodiversidad de la Tierra. A diferencia de los físicos cuánticos, los biogeógrafos no podemos perseguir el principio último que está detrás de los patrones que observamos en la naturaleza, ya que los fenómenos que estudiamos son el resultado de la interacción de gran una cantidad de causas y efectos diferentes. Tan grande que, de hecho, nos indica que no existe tal principio único, sino una compleja red de factores, historias evolutivas y eventos únicos e irrepetibles que configuran los patrones geográficos de biodiversidad. Por eso, los biogeógrafos, macroecólogos y biólogos macroevolutivos necesitan identificar una serie de principios básicos que provienen de diferentes perspectivas, para luego integrarlos en modelos que ofrezcan explicaciones realistas, pero que nunca serán simples, a los gradientes de biodiversidad. Es decir, en lugar de buscar una única explicación, la investigación sobre los gradientes geográficos de biodiversidad debe identificar tantas señales ocultas como sea posible en los patrones de riqueza y composición de especies y de diversidad funcional y filogenética (es decir, de tipos ecológicos y de linajes diferentes dentro del árbol de la vida, respectivamente), para después proponer y evaluar hipótesis que tengan en cuenta estas señales. Y, posteriormente, integrar estas hipótesis en modelos más complejos y, siempre que sea posible, validarlos con datos empíricos sobre la distribución de los organismos, sus

rasgos funcionales, sus relaciones filogenéticas, sus interacciones ecológicas, las tasas de crecimiento de sus poblacionales y de la diversificación de diferentes grupos, datos fósiles y un largo etcétera. La riqueza de especies ha sido tradicionalmente el aspecto de la biodiversidad más estudiado, y proporciona un buen ejemplo de la complejidad de factores que es necesario investigar para comprender el origen de los gradientes de diversidad. Durante las décadas de 1990 y 2000 se desarrolló un intenso debate acerca de si las condiciones ambientales –en particular la disponibilidad de energía y agua– son suficientes para explicar los gradientes de riqueza de especies; o si, por el contrario, es necesario considerar los efectos de otros factores bióticos, históricos y/o regionales. La teoría metabólica de la ecología propuesta por Jim Brown y colaboradores proporcionó un soporte teórico sólido para apoyar la disponibilidad de energía como el principal impulsor de las variaciones de riqueza. Como toda buena teoría, proporcionó predicciones evaluables sobre el signo (positivo o negativo) y la forma (es decir, la pendiente) de la relación entre la riqueza de especies y la temperatura, un aspecto clave de la energía ambiental. Sin embargo, estas predicciones no fueron respaldadas por evaluaciones empíricas, ya que esta relación no es espacial o temporalmente estacionaria; es decir, que cambia de forma, intensidad e incluso signo a lo largo del espacio y del tiempo. En un ejemplo de libro de cómo un buen trabajo teórico ayuda al avance de la ciencia incluso si se demuestra (parcialmente) equivocado, la evaluación de este aspecto de la teoría metabólica de la ecología llevó a constatar que, si bien la riqueza de especies responde a las condiciones climáticas actuales, hay muchos otros factores ecológicos, evolutivos e históricos que modifican dicha respuesta a través de diferentes escalas espaciales y temporales. En concreto, en Europa, Asia y Norteamérica, la intensidad de la última glaciación y el proceso de colonización postglaciar son tanto o más importantes que el clima actual para

Gradientes geográficos de biodiversidad

Figura 1. Vista de la extensa mata atlántica del Parque Nacional de Itatiaia (Río de Janeiro, Brasil) durante el muestreo de comunidades de coleópteros de la tesis doctoral de Cristina Araújo (Universidade Federal do Rio de Janeiro/MNCN), co-dirigida por Joaquín Hortal (MNCN), 2015. Foto: Cristina Araújo.

Figura 2. Muestreo de comunidades de arbustos xerofíticos en la duna de Montalvo (Comporta, Estuario do Sado, Portugal) durante la tesis doctoral de Sergio Chozas (Universidade de Lisboa/MNCN), co-dirigida por Joaquín Hortal (MNCN), 2011.

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Foto: Sergio Chozas.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

la distribución de la diversidad de muchos grupos de plantas, insectos y vertebrados. No existe, por lo tanto, una única explicación a los gradientes geográficos de biodiversidad. El proceso evolutivo mediado por la selección natural ha ido moldeando la biodiversidad a lo largo del planeta, para adaptarse a unas condiciones ambientales que cambian constantemente y a la interacción con otros organismos que van variando a lo largo del tiempo debido a procesos de dispersión, catástrofes ambientales y multitud de otras razones. Por ello, diferentes grupos biológicos y diferentes linajes dentro de cada grupo, muestran respuestas muy distintas en la misma región. Y el mismo grupo puede mostrar gradientes geográficos muy diferentes en regiones distintas. No es posible dar una única explicación para el caleidoscopio en continuo movimiento de los gradientes geográficos de la biodiversidad. Pero investigar sus causas nos ha llevado a una comprensión mucho más íntima de cuáles son los procesos que determinan el origen de la enorme diversificación de la vida sobre la Tierra. PARA SABER MÁS

Hawkins, B.A. (2001). Ecology's oldest pattern? Trends in Ecology & Evolution, 16, 470. Hortal, J., Diniz-Filho, J. A. F., Bini, L. M., Rodríguez, M. Á., Baselga, A., NoguésBravo, D., ... & Lobo, J. M. (2011). Ice age climate, evolutionary constraints and diversity patterns of European dung beetles. Ecology Letters, 14, 741-748. Humboldt, A. von. (2003). Cuadros de la Naturaleza. Reproducción de la primera traducción española de Ansichten für Natur (1808), realizada por Bernardo Giner de los Ríos en 1876. Los Libros de la Catarata.

Lomolino, M. V., Riddle, B. R., & Whittaker, R. J. (2017). Biogeography: Biological Diversity across Space and Time. (5.ª Ed.). Sinauer Associates. Mittelbach, G. G., Schemske, D. W., Cornell, H. V., Allen, A. P., Brown, J. M., Bush, M. B., … & Turelli, M. (2007). Evolution and the latitudinal diversity gradient: speciation, extinction and biogeography. Ecology Letters, 10, 315-331. McGill, B. J., Chase, J. M., Hortal, J., Overcast, I., Rominger, A. J., Rosindell, J., … & Gillespie, R. (2019). Unifying macroecology and macroevolution to answer fundamental questions about biodiversity. Global Ecology and Biogeography, 28, 1925-1936. Pontarp, M., Bunnefeld, L., Cabral, J. S., Etienne, R. S., Fritz, S. A., Gillespie, R., ... & Hurlbert, A. H. (2019). The Latitudinal Diversity Gradient: Novel understanding through mechanistic eco-evolutionary Models. Trends in Ecology & Evolution, 34, 211-223. Wiens, J. J., & Donoghue, M. J. (2004). Historical biogeography, ecology and species richness. Trends in Ecology & Evolution, 19, 639-644.

Gradientes geográficos de biodiversidad

 oaquín Hortal y Joaquín Calatayud revisando unas trampas entre Bouarfa J y Tendrara, durante el muestreo de comunidades de coleópteros coprófagos en un gradiente de aridez en el norte de Marruecos para la tesis doctoral de Indradatta de Castro Arrazola (MNCN/Universidad de Granada), codirigida por Joaquín Hortal (MNCN), 2013. Foto: Verónica Rocío Espinoza.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Somos una especie exploradora, y la ciencia es lo que nos permite seguir nuestra naturaleza más íntima y explorar todo el universo más allá de las fronteras de lo que vemos, oímos y sentimos. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Lo más emocionante de mi carrera como investigador ha sido formar a otros investigadores, ver cómo se desarrolla el explorador que todos tenemos dentro y que, aunque cada uno tenemos una visión diferente de la naturaleza y una

manera diferente de interrogarla para desvelar cómo funciona, la gran mayoría de nuestras aproximaciones son válidas y complementarias. Porque, en realidad, lo que más impacta cuando estudias la naturaleza es que la característica principal de la vida es precisamente esa tendencia a evolucionar para generar cosas diferentes, a generar biodiversidad para adaptarse y prosperar en un mundo cambiante. Esa es para mí una de las leyes fundamentales de la naturaleza. Esa y quizás otra: la de que la verdadera ley de la selva no es la supervivencia del más fuerte o la competición entre especies e individuos, sino la cooperación a todos los niveles, desde la escala molecular hasta los ecosistemas.

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ESPECIACIÓN EN ISLAS: PECES TROPICALES EN LAGUNAS DE ORIGEN VOLCÁNICO

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MARTA BARLUENGA Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Una de las preguntas más apasionantes al estudiar el medio natural es qué mecanismos generan biodiversidad. Muchos investigadores trabajamos para entender por qué las poblaciones eventualmente se subdividen, se especializan, dejan de intercambiar material genético y se erigen en nuevas especies. Qué hace que las poblaciones se separen, y cómo consiguen independizarse estableciendo un acerbo genético propio, son preguntas que todavía no tienen respuestas claras. Para entender cómo procede la especiación es interesante fijarse en momentos evolutivos en los que por algún motivo la formación de especies o especiación se acelera o se hace más intensa. Por ejemplo, a las grandes extinciones causadas por catástrofes naturales que dejaron espacios ecológicos vacíos, siguieron períodos de enorme creatividad evolutiva en la que se formaron muchos grupos de organismos nuevos (Hallam & Wignall, 1997). El hecho de que las extinciones masivas hayan sacudido el mundo promoviendo radiaciones de nuevos organismos nos hace pensar que tener espacio disponible puede ser un motor que favorece la especiación. La aparición de islas volcánicas en medio del océano, o la formación de lagos derivados de volcanes inactivos, suponen una oportunidad ecológica para los organismos capaces de colonizarlos. Estos ambientes ofrecen espacios vacíos de competidores y,

Investigación bajo el agua. Foto: Isabel S. Magalhaes.

frecuentemente, también de depredadores, que favorecen la diversificación de los colonizadores y potencialmente la formación de nuevas especies (Schluter, 2000). Mi investigación se centra en una serie de lagunas de origen volcánico de la zona tropical en la costa pacifica de Nicaragua, formadas en los últimos 10 000 años, que han sido colonizadas por peces de agua dulce (Fig. 1). Esta zona del mundo, situada en el cinturón de fuego del Pacífico, se caracteriza por una enorme actividad volcánica, con múltiples volcanes activos y también muchos inactivos con calderas colapsadas que se han llenado de agua. Un grupo de peces que ha sido particularmente exitoso en estas lagunas es el cíclido de Midas (llamado así en referencia la rey Midas, por su color amarillo similar al del oro; Barlow, 2008). El cíclido de Midas ha conseguido colonizar muchas de estas lagunas, aún no está claro cómo, y se ha diversificado de una manera impresionante. Desde que mi investigación se inició en esta zona en 2001, hasta ahora, lo que parecía una única especie polimórfica y diversa, ahora se sabe que son más de 30 especies que han evolucionado en simpatría, confinadas dentro de diferentes lagos y lagunas (Fig. 2). Mi trabajo estos años ha perseguido entender qué espacio ecológico ocupan las diferentes especies, qué rasgos fenotípicos las hacen diferentes y favorecen la explotación de recursos alternativos, cuál es la base genética de los rasgos que definen a las diferentes especies y cuál es el grado de intercambio genético y la naturaleza de las barreras reproductivas que se han establecido para mantenerlas. Mi trabajo

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«LO QUE PARECÍA UNA ÚNICA ESPECIE POLIMÓRFICA Y DIVERSA, AHORA SE SABE QUE SON MÁS DE 30 ESPECIES QUE HAN EVOLUCIONADO EN SIMPATRÍA, CONFINADAS DENTRO DE DIFERENTES LAGOS Y LAGUNAS»

implica la exploración de esta zona del mundo mediante expediciones y la investigación bajo el agua (Figs. portada y 4). En mi equipo estudiamos la ecología de los peces en el campo, y además tomamos medidas fisiológicas y morfológicas de los peces para estudiarlas más tarde en el laboratorio y utilizarlas como proxis de su ecología. Utilizamos técnicas de análisis de morfometría geométrica para entender el fenotipo de los peces (Figs. 5 y 6). Utilizamos herramientas genéticas para caracterizar las poblaciones y la base genética de los rasgos fenotípicos. Investigamos las diferencias genómicas y de expresión génica para entender qué hace a las especies diferentes. Hemos encontrado que, a pesar de que en las lagunas volcánicas el intercambio genético es posible, las poblaciones se aíslan entre sí, se especializan y se han formado especies nuevas en pocas generaciones (entre cientos y pocos miles de años). La especialización ecológica más rápida que hemos observado tras la colonización de una laguna nueva es la expansión desde la zona béntica poco profunda a la zona de agua abierta limnética (Barluenga et al., 2006). Otra especialización frecuente es la adaptación desde la zona béntica poco profunda a la zona béntica profunda (más de 30 m de profundidad). Un fenómeno enormemente interesante que hemos observado en diferentes lagunas es un sorprendente grado de similitud en la forma y los hábitos de vida de las nuevas especies que se forman. Los análisis genéticos demuestran que, a pesar de su asombroso parecido, se trata de especies diferentes que han evolucionado dentro de cada alguna de forma independiente. Este paralelismo en formas y hábitos, también frecuente en otras radiaciones adaptativas (Losos, 2017), se explica en parte por una base genética común que proporciona el material genético que permite desarrollar fenotipos comunes. Una explicación adicional es

que las presiones ecológicas son similares en las diferentes lagunas, y los organismos responden con modelos óptimos para adaptarse y explotar estos recursos ecológicos. El cíclido de Midas en los lagos de Nicaragua es un modelo idóneo para estudiar los procesos recientes de formación de especies. Esta icónica radiación adaptativa promete ofrecer respuestas a algunas de las preguntas clásicas de biología evolutiva sobre los mecanismos que generan biodiversidad y la base genética que explica el establecimiento de barreras reproductivas y los rasgos fenotípicos clave para la especiación.

Especiación en islas: peces tropicales en lagunas de origen volcánico

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Lagunas cratéricas de la costa Pacífica de Nicaragua. Apoyeque (Figura 1_1), Asososca León (Figura 1_2), Apoyo, (Figura 1_3 y Masaya (Figura 1_4). Fotos: Marta Barluenga.

Figura 2. Especies del complejo del Cíclido de Midas en los lagos de Nicaragua. Foto: Marta Barluenga. Figura 3. Marta Barluenga en Nicaragua tirando la atarraya para pescar junto al colaborador de Costa Rica Carlos Garita. Foto: Melinda Hofmann.

Figura 4. Red agalladera llena de peces siendo recogida de una laguna cratérica. Foto: Marta Barluenga.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

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Figura 5. Para analizar la forma y coloración de los peces se hacen fotografías de cada pez capturado en el campo y se toman medidas de tamaño y peso. Carlos Lozano, investigador predoctoral del MNCN. Foto: Marta Barluenga.

Figura 6. Laboratorio de campo para tomar muestras de tejido y diseccionar a los peces. Mariana Leal Cardín, investigadora predoctoral del MNCN. Foto: Marta Barluenga. 6

PARA SABER MÁS

Barlow, G. (2008). The Cichlid Fishes: Nature’s Grand Experiment in Evolution. Basic Books.

Losos, J. B. (2017). Improbable destinies: fate, chance and the future of evolution. Penguin Random House.

Barluenga, M., Stölting, K.N., Salzburger, W., Muschick, M., & Meyer, A. (2006). Sympatric speciation in Nicaragua crater lake cichlid fish. Nature, 439, 719–723.

Schluter, D. (2000). The Ecology of Adaptive Radiations. Oxford University Press.

Hallam, A., & Wignall, P.B. (1997). Mass extinctions and their aftermath. Oxford University Press.

Especiación en islas: peces tropicales en lagunas de origen volcánico

 a investigadora del MNCN Marta Barluenga en L la orilla del lago de Managua, en Nicaragua, al pie del volcán Momotombo. Foto: Bernd Egger.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos aporta un marco de reflexión profunda de los fenómenos que nos rodean y un método de análisis para entender los procesos.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Lo más emocionante de mi carrera como investigadora ha sido reconocer algunos patrones que explican la organización de las especies y sus fenotipos en la naturaleza.

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EVOLUCIÓN DE AVES EN ISLAS OCEÁNICAS

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BORJA MILÁ Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Las islas oceánicas son auténticos laboratorios biológicos para el estudio de la biodiversidad, y desde los tiempos de Charles Darwin y Alfred R. Wallace hasta nuestros días, no han cesado de generar nuevas ideas sobre evolución, ecología y conservación (Wallace, 1881; MacArthur & Wilson, 1967; Warren et al., 2015). Las islas oceánicas son de especial interés para los biólogos porque albergan especies endémicas por descubrir y porque nos permiten investigar los procesos evolutivos que han llevado a la formación de esas especies durante miles de años (Emerson, 2002; Whitaker & Fernández-Palacios, 2007). Para entender el proceso evolutivo de la formación de especies, en el MNCN estudiamos los organismos insulares con dos fines distintos. Por un lado, nos interesa entender cómo los endemismos insulares han divergido de sus ancestros continentales, cambiando diversos aspectos de su morfología, fisiología o conducta para adaptarse a las condiciones insulares. Y por otro, los ecosistemas insulares nos permiten estudiar las etapas iniciales de la divergencia evolutiva cuando el proceso ocurre a pequeña escala dentro de una misma isla, entre poblaciones o linajes que, por ejemplo, ocupan distintos tipos de hábitat o están sometidos a distintos grados de selección sexual. En los últimos años hemos viajado a distintas islas del mundo para estudiar la

 ras capturar los pinzones en La Palma, T Canarias, el equipo del MNCN toma medidas y muestras de sangre y plumas para los análisis posteriores. De izda. a dcha.: Borja Milá, Javier Sala y Bárbara Freitas.

diversidad de sus avifaunas y utilizar diversos tipos de datos científicos, desde medidas morfométricas hasta la secuenciación de genomas completos, para desvelar secretos de su evolución. En Nueva Guinea, una de las islas con más biodiversidad todavía por explorar, hemos llevado a cabo dos expediciones a la región de Lengguru, en Papúa Occidental, y hemos explorado la avifauna de las montañas Kumawa, en la península de Bomberai. Las Kumawa nunca han sido habitadas por humanos y su diversidad natural permanece intacta. Durante las semanas que pasamos en sus frondosos bosques nublados a 1200 m de altitud, cubiertos de musgos y helechos arborescentes, tuvimos la suerte de descubrir una especie de ave nunca antes descrita y que hemos bautizado con el nombre de picabayas satinado (Melanocharis citreola, Milá et al., 2021). Perteneciente a la familia Melanocharitidae, endémica de Nueva Guinea, esta delicada especie nos recuerda que todavía queda mucha biodiversidad por descubrir, estudiar y proteger. En Isla Guadalupe, a casi 300 km de la costa de Baja California, estudiamos cómo el junco de Guadalupe (Junco insularis) y el camachuelo mexicano (Haemorhous mexicanus) se han diferenciado de sus parientes continentales desde que colonizaron la isla. Sabemos, gracias a datos genéticos y la aplicación de un «reloj molecular», que el junco llegó a Guadalupe hace unos 600 000 años (Aleixandre et al., 2012). Desde entonces, fue adaptando su pico al principal recurso trófico presente en la isla: las semillas del ciprés local

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«EL RECONOCIMIENTO DEL JUNCO DE GUADALUPE COMO ESPECIE NUEVA GRACIAS A NUESTROS ANÁLISIS GENÉTICOS, MORFOLÓGICOS Y ACÚSTICOS ESTÁ AYUDANDO A VISIBILIZAR ESTE DELICADO ECOSISTEMA PARA SU CONSERVACIÓN»

Cupressus guadalupensis. Por selección natural, los juncos han evolucionado picos más finos y alargados que sus parientes continentales, y los utilizan para sacar las semillas de las piñas maduras entreabiertas. Medio millón de años más tarde llegó a la isla el camachuelo, y tuvo que apañárselas para sobrevivir en compañía del junco. Condicionado por su pico más corto y romo, y a fin de competir con el junco por el acceso al ciprés, el camachuelo adoptó una estrategia evolutiva radical: consumir las piñas antes de que maduren, todavía verdes, y para ello ha evolucionado un pico de gran tamaño y fuertes músculos ¡para masticarlas enteras! El ecosistema de Isla Guadalupe es muy frágil y estuvo amenazado durante décadas por miles de cabras asilvestradas. Hasta ser erradicadas a principios de este siglo, causaron grandes daños a la vegetación local y a punto estuvieron de acabar con los rodales de cipreses, también amenazados por incendios recientes. El reconocimiento del junco de Guadalupe como especie nueva gracias a nuestros análisis genéticos, morfológicos y acústicos está ayudando a visibilizar este delicado ecosistema para su conservación. Por último, en las islas de La Palma, en el archipiélago canario, y de Reunión, en el Índico sur, estudiamos dos casos singulares de diversificación intrainsular. En La Palma, el pinzón vulgar (Fringilla coelebs) se estableció en los bosques húmedos o laurisilva durante la colonización de Macaronesia, pero además extendió su distribución a los extensos bosques de pino de la isla. Esto fue posible, en parte, gracias a que el pinzón azul (Fringilla teydea), especialista de pinar en otras islas Canarias, está ausente en La Palma. En pocos miles de años, y a pesar de las cortas distancias que los separan, los pinzones que habitan la laurisilva se han diferenciado genéticamente de los del pinar, y muestran evidencias de selección

en morfología y color del plumaje. Las diferencias genéticas que encontramos a lo largo de su genoma indican que la selección natural ha actuado sobre genes relacionados con el desarrollo craneofacial e incluso caracteres relacionados con el canto. Y en Reunión, una isla tres veces más extensa que La Palma y con una marcada diversidad topográfica y ecológica, ha ocurrido algo similar con el anteojitos gris de Reunión (Zosterops borbonicus), que se ha diferenciado en cuatro formas distintas en diferentes partes de la isla. Tras varios años de muestreos y análisis morfológicos y genéticos, hemos podido documentar el papel de distintos mecanismos evolutivos, como la adaptación local a lo largo del gradiente altitudinal (desde nivel del mar a casi 3000 m) que ha dado lugar a morfologías diferenciadas en las poblaciones de altitud, y la selección sexual que ha generado linajes divergentes en color del plumaje entre las formas de baja altitud (Bourgeois et al., 2020). Ahora estudiamos la base genética de los caracteres bajo selección natural y sexual, y generamos genomas completos para identificar los genes responsables de la adaptación local y la aparición de ornamentos sexuales. Todos estos lugares únicos y las aves que los habitan nos permiten entender mejor los procesos biológicos que generan y mantienen la biodiversidad. En todos ellos colaboramos estrechamente con biólogos, conservacionistas y pobladores locales para conocer mejor la fascinante biodiversidad que albergan las islas, entender los procesos evolutivos que han generado su diversidad y contribuir a conservarla para el futuro.

Evolución de aves en islas oceánicas

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Figura 1. Los bosques nublados de las Montañas Kumawa, Nueva Guinea, Indonesia, y la nueva especie picabayas satinado Melanocharis citreola (figura 1_1), recientemente descrita (Milá et al., 2021). Figura 2. Paisaje de Isla Guadalupe en el Pacífico mexicano. El camachuelo mexicano Haemorrhous mexicanus (figura 2_1) de Isla Guadalupe ha evolucionado un potente pico para alimentarse de piñas de ciprés sin entrar en competición directa con el junco insular Junco insularis (figura 2_2), residente en la isla desde hace medio millón de años.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

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Figura 3. En los pinares de La Palma, islas Canarias, el pinzón vulgar Fringilla coelebs palmae (figura 3_1), se ha diferenciado genética y fenotípicamente de sus parientes de la laurisilva. Figura 4. En la isla de Reunión, en el Índico sur, el anteojitos gris de Reunión Zosterops borbonicus se ha diversificado en distintos linajes evolutivos por selección natural y sexual. Los morfotipos marrón (figura 4_1) y gris (figura 4_2) se encuentran restringidos a las partes altas de la isla (Bourgeois et al., 2020).

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Evolución de aves en islas oceánicas

PARA SABER MÁS

Aleixandre, P., Montoya, J. H., & Milá, B. (2013). Speciation on oceanic islands: Rapid adaptive divergence vs. cryptic speciation in a Guadalupe Island songbird (Aves: Junco). PLoS One,  8(5), e63242.

Milá, B., Bruxaux, J., Friis, G., Sam, K., Ashari, H., & Thébaud, C. (2021). A new, undescribed species of Melanocharis berrypecker from western New Guinea and the evolutionary history of the family Melanocharitidae. Ibis, In press.

Bourgeois, Y., Bertrand, J., Delahaie, B., Holota, H., Thébaud, C., & Milá, B. (2020). Local adaptation and sexual selection drive intra-island diversification in a songbird lineage: differential divergence in autosomes and sex chromosomes. Molecular Ecology, 29:1137-1153.

Wallace, A. R. (1881). Island Life: Or, The Phenomena and Causes of Insular Faunas and Floras, Including a Revision and Attempted Solution of the Problem of Geological Climates. Chicago University Press.

Emerson, B. C. (2002). Evolution on oceanic islands: molecular phylogenetic approaches to understanding pattern and process. Molecular Ecology, 11, 951-966. MacArthur, R. H., & Wilson, E. O. (1967). The Theory of Island Biogeography. Princeton University Press.

Warren, B. H., Simberloff, D., Ricklefs, R. E., Aguilée, R., Condamine, F. L., Gravel, D., ... & Thébaud, C. (2015). Islands as model systems in ecology and evolution: Prospects fifty years after MacArthurWilson. Ecology Letters, 18(2), 200-217. Whittaker, R. J., & Fernandez-Palacios, J. M. (2007). Island Biogeography: Ecology, Evolution, and Conservation. Oxford University Press.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos facilita las herramientas necesarias para conocer los fenómenos naturales a nuestro alrededor y nos aporta respuestas sobre el origen, el presente y el futuro de la biodiversidad de la que formamos parte.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Las más grandes satisfacciones de mi carrera como investigador han venido de hacer trabajo de campo en lugares remotos con faunas endémicas únicas, y también de los momentos ¡eureka! relacionados con resultados de análisis moleculares que nos han acercado a los procesos evolutivos que las han generado.

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EL ESTUDIO CIENTÍFICO DE ESPECIES AMENAZADAS, CLAVE PARA SU CONSERVACIÓN

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JUAN CARLOS ALONSO Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

A lo largo de las cuatro últimas décadas, los investigadores del grupo Ecología y Conservación de Aves del Museo Nacional de Ciencias Naturales hemos tratado de aportar el conocimiento científico necesario para contribuir a la conservación de la fauna amenazada en nuestro país. Para ello, hemos dedicado gran parte de nuestro esfuerzo a algunas de nuestras aves más vulnerables, utilizando como método de trabajo el seguimiento detallado y a largo plazo del comportamiento y de las historias de vida de individuos marcados con emisores de radio. Este método nos ha permitido relacionar la conducta del individuo con la ecología y la dinámica de la población en la que se integra, y adquirir un profundo conocimiento de los mecanismos que regulan el comportamiento y la evolución de las especies estudiadas. Como biólogos evolutivos, nuestro objetivo ha sido analizar las relaciones ecológicas y evolutivas de los procesos investigados, pero también, y muy especialmente, intentar que el conocimiento generado sea aplicable a la conservación de las especies que utilizamos como modelos de estudio y a los ecosistemas en los que dichas especies viven. Sin entrar en el debate de si los recursos disponibles, siempre limitados, deben dirigirse preferentemente a la investigación en

 ara hacerlas menos visibles a los depredadores P durante las primeras semanas tras el marcaje del joven, las placas alares se recubren de papel, que posteriormente se desprende de forma natural. Foto: J. C. Alonso.

la ciencia llamada pura o en la aplicada, consideramos que la biología de la conservación, que nació como respuesta a la pérdida de biodiversidad de la que el hombre es el principal responsable, representa en la actualidad un reto que estamos obligados a abordar, y en el que el Museo Nacional de Ciencias Naturales debe asumir especial protagonismo y responsabilidad. Entre las especies utilizadas como modelo en nuestras investigaciones destaco dos, la grulla común y la avutarda euroasiática. A ambas nos hemos dedicado con especial empeño en estos años, y por ambas ha obtenido nuestro grupo un reconocimiento internacional, no solo por haber desarrollado por primera vez técnicas seguras y efectivas para su marcaje y seguimiento, sino también por los resultados de nuestra investigación, que ha propiciado un gran avance en el conocimiento de su biología y ayudado a su conservación (Alonso, 2014; Alonso & Palacín, 2015; Bautista, 2016; www.jcalonso.eu). La grulla común, que cría en el centro y norte de Eurasia, tiene en la península ibérica la principal área de invernada de su población europea occidental. Antaño amenazada por la presión cinegética y la desecación de los humedales en los que nidificaba, esta población ha experimentado en las últimas décadas un aumento espectacular, hasta llegar a los 580 000 individuos estimados en la actualidad. Los primeros datos científicos sobre las grullas en España se remontan a los años sesenta del pasado siglo, cuando el Prof. Francisco Bernis destacó la importancia de

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«GRACIAS A ESTE TRABAJO PIONERO LA GRULLA COMÚN CUENTA HOY CON UNO DE LOS PROGRAMAS DE SEGUIMIENTO DE FAUNA MÁS EXITOSOS DE EUROPA»

las dehesas extremeñas como su principal cuartel de invernada. Quince años después, el Consejo Internacional para la Conservación de las Aves (ICBP) patrocinó el Proyecto Grus, primer intento serio de censar las grullas invernantes en nuestro país, y fue este estudio el que suscitó nuestro interés por la ecología y el comportamiento de esta especie. Nuestras investigaciones comenzaron en la Laguna de Gallocanta, zona de paso obligado para la mayoría de las grullas invernantes en la penín­sula ibérica y Marruecos. Fue allí donde nació nuestro proyecto de investigación sobre esta especie, que se desarrolló a partir de las primeras cien grullas marcadas con combinaciones de anillas de colores que permitían la identificación de cada individuo, tanto en nuestra zona de estudio como a lo largo de toda su ruta migratoria. Gracias a este trabajo pionero, y a la divulgación que posteriormente realizamos de nuestros métodos de captura y anillamiento y del potencial que ofrecían para aumentar el conocimiento de la especie, la grulla común cuenta hoy con uno de los programas de seguimiento de fauna más exitosos de Europa, con más de 200 000 observaciones de unas 7000 grullas marcadas hasta la fecha en 16 países a lo largo de las tres últimas décadas, y que ha logrado reunir a investigadores de estos países en un proyecto sin precedentes, que en los próximos años estudiará la demografía y la ecología de migración de esta especie en el continente europeo. En cuanto a la avutarda euroasiática, tenemos el privilegio de albergar en España la mayor población de esta especie catalogada como vulnerable a escala global, con más del 70 % del total censado en el mundo. Los machos de avutarda son las aves de mayor peso entre las que aún conservan la capacidad de vuelo, es decir, excluyendo avestruces, ñandúes y emúes, y la diferencia en peso y tamaño entre machos y hembras es la mayor entre todas las aves. Ambas características son el resultado de la gran presión

que, a lo largo de la evolución, ha ejercido en esta especie la selección sexual, proceso que junto con la selección natural ya describiera Charles Darwin como motor de la evolución de las especies. En las cuatro últimas décadas, y tras más de un millar de individuos marcados y seguidos a lo largo de su vida, hemos investigado los procesos mediante los cuales la fuerza de la selección sexual ha condicionado todos los aspectos de la biología de la avutarda, mediante una intensa competencia entre los machos por el acceso a las hembras, y una marcada selección del macho más apto por parte de ellas. Los resultados de este proyecto, que han dado lugar a decenas de trabajos en revistas especializadas y a ocho tesis doctorales sobre esta especie, la han convertido en una de las más estudiadas y mejor conocidas de nuestra fauna, y en protagonista de uno de los capítulos de la reciente revisión sobre dimorfismo y selección sexual en el reino animal (Fairbairn, 2013). En los próximos años, la ecología y el comportamiento animal debe seguir siendo, como hasta ahora, una de las líneas prioritarias de investigación en el Museo Nacional de Ciencias Naturales. Los científicos debemos seguir persiguiendo un nivel máximo de excelencia en el trabajo para ampliar nuestro conocimiento del entorno que nos rodea, mantener el prestigio internacional de nuestra institución y ayudar a una mejor conservación de nuestros recursos naturales.

El estudio científico de especies amenazadas, clave para su conservación

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Figura 1. En 1988 nuestro equipo llevó a cabo por primera vez en Europa una campaña de marcaje de 109 individuos de grulla común, utilizando combinaciones de anillas de color para permitir el reconocimiento individual mediante telescopio. Fue el inicio de un proyecto de seguimiento de esta especie en el que hoy participan 16 países de todo el continente. Foto: J. C. Alonso.

Figura 2. Muchos de estos individuos llevan, además de las anillas de color, emisores de radio que pueden recargarse mediante pequeños paneles solares, como el de la imagen. Los modernos emisores GSM/ GPRS permiten su localización vía satélite y la recepción de los datos mediante red de telefonía móvil. Foto: J. C. Alonso.

Figura 3. Las placas alares con diseño individualizado permiten reconocer a los individuos mediante telescopio, incluso años después de agotadas las baterías del emisor. En el caso de algunos individuos marcados en edad juvenil, como la avutarda hembra de la imagen, las placas permitieron su seguimiento a lo largo de 16 años. Foto: J. C. Alonso.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Alonso, J. C. (2014). The Great Bustard: past, present and future of a globally threatened species. Ornis Hungarica, 22: 1-13. Alonso, J. C., & Palacín, C. (2015). Avutarda - Otis tarda. En A. Salvador & M. B. Morales (Eds.), Enciclopedia virtual de los vertebrados españoles. Museo Nacional de Ciencias Naturales. http://www.vertebradosibericos. org/aves/otitar.html. Bautista, L. M. (2016). Grulla común Grus grus. En A. Salvador & M. B. Morales (Eds.), Enciclopedia virtual de los vertebrados españoles. Museo Nacional de Ciencias Naturales. http://www.vertebradosibericos. org/aves/grugru.html. Fairbairn, D. J. (2013). Odd Couples. Extraordinary dif­ferences between the sexes in the Animal King­dom. Princeton University Press.

 l marcaje individual ha sido una herramienta E fundamental para estudiar la biología de la avutarda común, hoy una de las especies mejor conocidas de nuestra fauna gracias a este método. Foto: J. C. Alonso.

El estudio científico de especies amenazadas, clave para su conservación

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia ha proporcionado al hombre tanto las herramientas más letales como las más útiles para su supervivencia. En la actualidad veo dos retos fundamentales: por una parte, el riesgo de una nueva extinción masiva y, por otra, el de un avance incontrolado de la bioingeniería genética. Y de nuevo, solo en la ciencia podremos encontrar las soluciones para afrontarlos.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Para nosotros, ecólogos evolutivos, hay muchos momentos fascinantes en nuestro trabajo diario. Estudiar el comportamiento de cualquier ser vivo, y comprender que todo lo que hace, cómo es y cómo funciona su organismo, incluso hasta el más sutil de sus rasgos morfológicos y procesos bioquímicos, es el resultado de la selección natural y de una forma particular de esta, la selección sexual, como motores de la evolución, es en sí mismo impresionante. No hay mayor satisfacción en nuestra vida profesional que llegar a comprender y desvelar los mecanismos que explican cómo la especie que estudiamos hace lo que hace, y el sentido de que lo haga, por poco relevante que pueda parecer el detalle que investiguemos en cada momento.

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EL HONGO ASESINO DE ANFIBIOS: VISIÓN GLOBAL

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IGNACIO DE LA RIVA Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Durante el Primer Congreso Mundial de Herpetología (1989), en las reuniones informales entre herpetólogos de distintos países se empezó a hablar de que algo extraño estaba pasando con los anfibios en lugares distantes del planeta: disminuciones o incluso desapariciones súbitas de ciertas especies, y empobrecimiento general de comunidades de anfibios muy ricas hasta hacía poco tiempo. La causa de estas «declinaciones misteriosas», que ocurrían incluso en áreas perfectamente conservadas, era desconocida, y se especuló con el aumento de la radiación ultravioleta o el calentamiento climático, pero sin resultados concluyentes. Casi una década después de aquel congreso, se identificó a un hongo parásito como el agente responsable (Berger et al., 1998), e inmediatamente comenzó una oleada de estudios en diferentes partes del mundo para tratar de desvelar todos los aspectos de esta epidemia. Así, se investigaron el desarrollo, genética, formas de dispersión, distribución, fisiología, etc., del patógeno, y la respuesta y características de los hospedadores, dando lugar a una incansable producción científica hasta hoy.

Ignacio De la Riva sobre una quebrada en la «carretera de la muerte», que atraviesa parte de la región de los bosques lluviosos de montaña («yungas») del departamento de La Paz, Bolivia. En los ríos y arroyos de estos bosques vivían varias especies de ranas del género Telmatobius que no se han vuelto a encontrar. Foto: Patricia Burrowes.

El «hongo asesino», Batrachochytrium dendrobatidis (o, para abreviar, Bd), se alimenta de queratina, una proteína estructural que cubre el estrato más externo de la piel de los vertebrados, proporcionando protección e impermeabilidad (y es la materia de la que están hechos pelos, plumas, uñas, etc.). A partir de zoosporas acuáticas que nadan mediante un flagelo, Bd infecta la epidermis de los anfibios y termina por desestabilizar el intercambio de electrolitos, provocando en los casos graves la muerte del animal por fallo cardíaco. Esta enfermedad se llama quitridiomicosis. Los renacuajos también se infectan en sus partes bucales, compuestas de queratina, pero normalmente pueden sobrevivir, siendo la posterior metamorfosis una fase mucho más crítica. Cuando Bd está presente en un ecosistema, persiste en sus aguas infectando a los anfibios y dispersándose por diferentes medios; se ha demostrado que las patas de las aves acuáticas pueden portar Bd, facilitando así la dispersión de unos cuerpos de agua a otros (Burrowes & De la Riva, 2017). Esto podría explicar la irrupción súbita de la quitridiomicosis en lugares lejanos, rompiendo así el patrón de dispersión progresiva y predecible que se ha observado en, por ejemplo, Centroamérica (Lips et al., 2008). Esta terrible pandemia no tiene precedente alguno por su alcance, letalidad y número de especies implicadas. Según un estudio publicado a finales de 2019, al menos 501 especies de anfibios se han visto afectadas y 90 se consideran extintas (Scheele et al., 2019). No es frecuente que un parásito tenga un espectro tan amplio de víctimas, y esto hace a Bd particularmente

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«ESTA TERRIBLE PANDEMIA NO TIENE PRECEDENTE ALGUNO POR SU ALCANCE, LETALIDAD Y NÚMERO DE ESPECIES IMPLICADAS» letal: al infectar especies que no se ven particularmente afectadas, estas actúan como reservorios y, por tanto, el patógeno nunca desparece del medio. Se han detectado anfibios infectados por Bd en todos los continentes, aunque en muchas regiones de África y, sobre todo, de Asia, no se han dado casos graves de quitridiomicosis. En cambio, ha causado estragos en regiones distantes como Australia, los Andes, Centroamérica, las montañas de Camerún y ciertas zonas de Europa y Norteamérica. Afecta más a especies de reproducción acuática en aguas de montaña, pues Bd prefiere temperaturas frescas. Por ello, la enfermedad ha impactado especialmente en regiones montañosas, que suelen tener alta biodiversidad y tasas de endemismo, y donde frecuentemente evolucionaron interesantes adaptaciones y formas de reproducción. Como ejemplo está la extinción de las dos únicas especies de ranas del género australiano Rheobatrachus, que incubaban los huevos en el estómago y «daban a luz» por la boca a ranitas ya perfectamente formadas. Las primeras extinciones atribuibles a Bd datan de los años 70 del siglo pasado, pero fue en los 80 y 90 cuando se detectaron declinaciones masivas. Aunque la mayoría de las comunidades afectadas no se han recuperado o solo levemente, en los últimos años se han redescubierto algunas especies que ya se habían dado por extintas, normalmente limitadas a poblaciones relictas muy amenazadas. Lamentablemente, no existe remedio o cura ante la quitridiomicosis. Se puede tratar individualmente a los ejemplares infectados con fungicidas o elevando la temperatura hasta eliminar el hongo, pero no hay nada que se pueda hacer de manera permanente a nivel de un ecosistema complejo. El impacto de la desaparición de anfibios en los ecosistemas tropicales es enorme y doble, por cuanto constituyen una parte sustancial de la biomasa de presas y de pequeños depredadores, tanto en tierra como en el agua, donde las larvas cumplen importantes funciones en la cadena trófica.

Bd infecta a los tres órdenes de anfibios (anuros, urodelos y ápodos), pero afecta sobre todo a los anuros (ranas y sapos); por ello, causó gran preocupación en 2013 el descubrimiento de una segunda especie de Batrachochytrium, B. salamandrivorans, que afecta solo a los urodelos (salamandras y tritones). Pero ¿cómo y por qué surgió la quitridiomicosis? Desde el principio se plantearon dos hipótesis: 1) Bd ya estaba presente en el medio y el cambio climático favoreció que se volviese patogénico (Pounds et al., 2006); 2) se trata de un patógeno invasor que afecta a especies nunca expuestas previamente a él. En este caso, ¿de dónde salió? Cuando mediante técnicas de PCR se pudo detectar la presencia de Bd en ejemplares de anfibios de distintas partes del mundo preservados en colecciones científicas desde hace más de un siglo, la hipótesis del patógeno introducido se tambaleó. No obstante, estudios genéticos más finos identificaron diferentes cepas, siendo la más patogénica y extendida originaria del sudeste asiático (O'Hanlon et al., 2018) donde, seguramente no por casualidad, no se han detectado declinaciones de anfibios. Aunque persisten muchas incógnitas, hoy en día está ampliamente aceptado que el comercio de especies exóticas de anfibios desde Asia está detrás de la expansión de dicha cepa de Bd, letal en otros continentes y que, una vez más, somos los humanos con nuestra globalización los responsables únicos de esta inmensa catástrofe ambiental. No obstante, el cambio climático también puede jugar su papel, pues el resultado del encuentro entre Bd y un anfibio dependerá siempre de la compleja y variable interacción entre la ecología del parásito, las características y forma de vida del hospedador y el ambiente. Dependiendo de cuál sea esta combinación de factores, una determinada especie podrá resistir o tolerar el parásito, o sucumbir.

El hongo asesino de anfibios: visión global

Figura 1. Macho de Telmatobius sanborni, una especie de rana acuática de las laderas amazónicas de los Andes del sur de Perú y oeste de Bolivia que no se ha vuelto a observar desde 2001. Probablemente, este es el último ejemplar fotografiado y la especie se puede haber extinguido. Foto: Ignacio De la Riva.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Berger, L., Speare, R., Daszak, P., Green, D. E., Cunningham, A. A., Goggin, C. L., ... & Parkes, H. (1998). Chytridiomycosis causes amphibian mortality associated with population declines in the rainforests of Australia and Central America. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95:9031-9036. Burrowes, P. A., & De la Riva, I. (2017). Chytrid fungus detected in museum specimens of Andean aquatic birds: implications for pathogen dispersal. Journal of Wildlife Diseases, 53(2): 349-355.

Pounds, J. A., Bustamante, M. R., Coloma, L. A., Consuegra, J. A., Fogden, M. P., Foster, P. N., ... & Ron, S. R. (2006). Widespread amphibian extinctions from epidemic disease driven by global warming. Nature, 439(7073): 161-167. Scheele, B. C., Pasmans, F., Berger, L., Skerratt, L., Martel, A., Beukema, W., ... & Canessa, S. (2019). Amphibian fungal panzootic reveals catastrophic and ongoing loss of biodiversity. Science, 363(6434): 1459-1463.

Lips K. R., Diffendorfer, J., Mendelson, J. R. III, Sears, M. W. (2008). Riding the wave: reconciling the roles of disease and climate change in amphibian declines. PLoS Biology, 6(3):e72. O’Hanlon, S. J., Rieux, A., Farrer, R. A., Rosa, G. M., Waldman, B., Bataille, A., ... & Fisher, M. C. (2018). Recent Asian origin of chytrid fungi causing global amphibian declines. Science, 360(6389), 621-627.

Ignacio De la Riva en la localidad donde descubrió la especie de rana endémica de Bolivia Telmatobius yuracare, que se dio por extinta en la naturaleza durante varios años, hasta que se encontró una población relicta a 65 km de este lugar. Foto: Patricia Burrowes.

El hongo asesino de anfibios: visión global

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La actual pandemia de COVID-19 ha puesto a los científicos, diariamente, en primera plana de la actualidad, tanto con el estudio del propio coronavirus SARS-Cov-2 como con el seguimiento de la enfermedad y su propagación y el desarrollo de vacunas en un tiempo récord. A pesar de indudables fallos de comunicación (especialmente en lo que se refiere a transmitir lo que supone la incertidumbre en ciencia), hoy más que nunca (negacionistas aparte), la mayoría de la gente percibe la ciencia como la única fuente fiable de la que obtener respuestas a los grandes retos globales que la humanidad confronta. Esto debería suponer un cambio de paradigma y una radical transformación de la sociedad y de la política, pero ¿podrán más la inercia histórica, la mediocridad, los intereses creados y el empeño del ser humano en tropezar una y otra vez en la misma piedra? ¿Se empezará a mirar a centros de investigación como el Museo Nacional de Ciencias Naturales como auténticos templos del saber donde se buscan respuestas objetivas a grandes preguntas relacionadas con nuestros más grandes problemas? Lo que la ciencia nos aporta como especie es, ni más ni menos, la posibilidad de corregir nuestros errores y salvarnos.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Sin lugar a dudas, lo más impactante de mi carrera como investigador ha sido descubrir un gran número de especies nuevas de anfibios y que algunas de ellas hayan desaparecido, pasando de ser muy abundantes a estar extintas en el transcurso de pocos años. Parece muy improbable que uno tenga simultáneamente la oportunidad de descubrir una especie nueva para la ciencia, que llevaba ahí millones de años, y asistir inmediatamente después a su extinción. Esto me ha ocurrido con las ranas andinas del género Telmatobius, de las cuales he descrito siete especies de Perú y Bolivia; tres de ellas están severamente amenazadas y representadas solo por poblaciones relictas (quizá ya desaparecidas a la hora de escribir estas líneas), y otras cuatro se consideran probablemente extintas, algunas de ellas no habiendo sido vistas ya por más de dos décadas, pese a haber sido buscadas repetidamente.

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EL HONGO ASESINO DE ANFIBIOS EN ESPAÑA

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JAIME BOSCH Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Los anfibios son, quizás, el grupo de vertebrados más apasionante que existe. Desde que conquistaron la tierra firme hace millones de años, se han diversificado de forma increíble hasta ocupar todos los rincones del planeta. Más allá del típico ciclo del huevo/renacuajo/rana que todos tenemos en la cabeza, los anfibios han desarrollado una multitud de formas de reproducción sorprendentes. Hay anfibios que cuidan sus puestas durante semanas, o incluso que transportan los huevos enrollados en sus patas o incrustados en su espalda. Algunas especies protegen a sus crías metiéndoselas en la boca, otras las depositan en pequeñas balsas de agua entre las hojas a muchos metros de altura y acuden periódicamente a alimentarlas. Los hay que ponen huevos en tierra de los que salen pequeñas ranitas totalmente formadas, y algunas salamandras paren sus crías en tierra firme ya desarrolladas. Otras especies hacen nidos de espuma para proteger sus puestas, y algunas ranas construyen canales en las charcas para llevar agua a sus renacuajos y que no mueran desecados. Y todos estos fascinantes procesos ocurren normalmente de noche, ocultos entre la vegetación o incluso bajo tierra, pero siempre intentando pasar desapercibidos a los ojos de sus depredadores.

Instalaciones del Centro de Cría de Anfibios Amenazados de la sierra de Guadarrama destinadas al programa de reintroducción de la especie en el macizo de Peñalara. Foto: Jaime Bosch.

Así es como los anfibios han conseguido sobrevivir a los dramáticos cambios que ha experimentado nuestro planeta durante millones de años. Por desgracia, todos estos millones de años de evolución, todas esas formas increíbles de reproducirse y de sobrevivir están en peligro. El ser humano está consiguiendo lo que parecía imposible: comprometer la supervivencia de miles de especies e, incluso, extinguir varios cientos de ellas en apenas unas décadas. Pero ¿cómo es posible? La respuesta, tras la dramática experiencia del coronavirus, es más fácil de entender: mediante la rápida introducción de patógenos en todos los rincones del mundo. Hasta hace muy poco, solo nos preocupaba cómo desaparecía la selva, cómo se drenaban las zonas húmedas o cómo la contaminación envenenaba nuestras aguas. Entonces, no nos dábamos cuenta que, junto con esos dramáticos episodios de alteración del medio, estábamos provocando una crisis sin precedentes para la biodiversidad. Hoy sabemos que llevamos más de un siglo propagando hongos y virus que producen enfermedades específicas de anfibios capaces de matar al 100 % de los individuos, extinguir poblaciones e, incluso, especies enteras. Según la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN), los hongos patógenos de los anfibios serían responsables de la enfermedad infecciosa más peligrosa jamás conocida, dado el gran número de especies potenciales de resultar afectadas y la gran proporción de ellas para las que presenta consecuencias fatales. Por desgracia, yo viví muy de cerca ese proceso. Tras pasar mi juventud fascinado por la sierra de

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«EL RESPONSABLE ERA UN HONGO PATÓGENO QUE EL SER HUMANO ESTABA EXTENDIENDO POR TODO EL MUNDO, ACABANDO CON LOS SAPOS PARTEROS DE PEÑALARA»

Guadarrama, tuve el privilegio de realizar mi tesis doctoral sobre el comportamiento reproductor de los sapos parteros en el macizo de Peñalara. Después, durante mi estancia postdoctoral estudiando la rana túngara en Panamá, asistí en directo a lo que estaba sucediendo en las selvas de Centroamérica y Australia. Los anfibios estaban despareciendo; pero en ese caso en zonas protegidas y bien conservadas. La selva parecía igual, pero ya no cantaban las ranas, y algunos ejemplares aparecían muertos sin síntomas evidentes y sin que nadie supiese el porqué. Cuando volví a España para trabajar de nuevo en Peñalara, la pesadilla se repitió: miles de sapos parteros aparecían muertos en las orillas de las lagunas. Entonces, la ciencia fue capaz de explicar lo que estaba pasando: el responsable era un hongo patógeno que el ser humano estaba extendiendo por todo el mundo, acabando con las ranas de Centroamérica y Australia, pero también con los sapos parteros de Peñalara que yo estudiaba durante mi tesis doctoral. Desde entonces, toda nuestra investigación cambió. ¿Qué sentido tenía estudiar cómo se reproducen esos fascinantes animales si estamos a punto de exterminarlos? Así, en los últimos 20 años no hemos parado de estudiar al enemigo. Ahora sabemos mucho del hongo patógeno de los anfibios: de dónde viene, cómo actúa, cómo se ha propagado, qué especies están en peligro…, pero nos falta aún lo más importante: cómo evitar sus dramáticas consecuencias. Para ello, hemos creado colonias cautivas de especies amenazadas y construido refugios y medios de reproducción alternativos para favorecerlas, hemos probado multitud de antifúngicos en el laboratorio, hemos manipulado la densidad de los renacuajos en lagos enteros, hemos diseñado mecanismos para elevar la temperatura en puntos concretos de las masas de agua y provocar fiebre inducida, hemos desecado charcas para matar al hongo, hemos capturado miles de anfibios de su medio y los

hemos trasladado (¡hasta en helicóptero!) al laboratorio para tratarlos, hemos investigado terapias con bacterias simbiontes… Desgraciadamente, el problema no es sencillo y el reloj corre en nuestra contra. De momento, solo hemos ganado algunas batallas, pero no la guerra. En Mallorca, por ejemplo, hemos conseguido erradicar el hongo del medio, por primera y única vez en el mundo, aunque para ello hemos tenido que manipular torrentes enteros y aplicar sustancias químicas en algunas pozas. Con ello, quizás, hemos salvado de la extinción al sapo partero balear, un ejemplo icónico de lo que ha pasado con los anfibios de todo el mundo. Tras sobrevivir milagrosamente a las sucesivas invasiones de diferentes civilizaciones y de sus correspondientes animales asociados, este anfibio único en el mundo ha estado a punto de desaparecer por un hongo introducido de forma fortuita. Esperemos que la pandemia del coronavirus nos sirva para entender el extraordinario poder de un patógeno microscópico cuando va asociado al empeño del ser humano de dominar la Tierra. Ojalá la pandemia nos sirva también para entender que solo la ciencia podrá evitar que destruyamos esta Tierra que nos empeñamos en dominar.

El hongo asesino de anfibios en España

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Figura 1. Ejemplares de sapo partero común muertos por la enfermedad producida por el hongo asesino de anfibios en Pirineos.

Figura 2. Ejemplar de sapo partero balear encontrado muerto por la acción del hongo patógeno de anfibios.

Foto: Jaime Bosch.

Foto: Jaime Bosch.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Bosch, J., Fernández-Beaskoetxea, S., Garner, T. W., & Carrascal, L. M. (2018). Long-term monitoring of an amphibian community after a climate change– and infectious disease-driven species extirpation. Global Change Biology, 24(6), 2622-2632.

Garner, T. W. J., Schmidt, B. R., Martel, A., Pasmans, F., Muths, E., Cunningham, A. A., ... & Bosch, J. (2016). Mitigating amphibian chytridiomycosis in nature. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 371(1709), 20160207.

Bosch, J., Martínez-Solano, I., & García-París, M. (2001). Evidence of a chytrid fungus infection involved in the decline of the common midwife toad (Alytes obstetricans) in protected areas of central Spain. Biological Conservation, 97(3), 331-337.

Price, S. J., Garner, T. W., Nichols, R. A., Balloux, F., Ayres, C., De Alba, A. M. C., & Bosch, J. (2014). Collapse of amphibian communities due to an introduced Ranavirus. Current Biology, 24(21), 2586-2591.

Bosch, J., Sanchez-Tomé, E., Fernández-Loras, A., Oliver, J. A., Fisher, M. C., & Garner, T. W. (2015). Successful elimination of a lethal wildlife infectious disease in nature. Biology Letters, 11(11), 20150874.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos enseña que la especie humana es insignificante dentro de eso que llamamos la vida y, a la vez, la única especie capaz de acabar con ella por completo. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Como científicos tenemos ciertas obligaciones. Una es, sin duda, comunicar a la sociedad qué hacemos y para qué sirve lo que hacemos. Pero quizás hay otra más importante: influir en

los que toman las decisiones para intentar mejorar el mundo; aunque no nos pregunten. Si de algo estoy orgulloso de mi investigación, es de haber sido útil a algunos gestores a la hora tomar decisiones sobre cómo mejorar el medio natural. Steve Jobs, cuando quiso fichar a John Sculley para trabajar en Apple y que dejase Pepsi, le dijo: «¿Quieres vender agua azucarada el resto de tu vida o quieres venir conmigo y cambiar el mundo?». Quizás, alguien debería decir a muchos científicos: ¿Quieres seguir publicando trabajos para engordar tu currículum o quieres intentar mejorar el medio que nos rodea?

El hongo asesino de anfibios en España

 rabajos de desinfección del hongo T patógeno de anfibios en un torrente de la sierra de Tramontana, en Mallorca.

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HIMENÓPTEROS, UN ORDEN HIPERDIVERSO DE INSECTOS

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JOSÉ LUIS NIEVES ALDREY Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

El planeta que habitamos es singular en el universo conocido por la presencia de vida. Alberga millones de organismos que son el resultado de un largo y complejo proceso de evolución desde el lejanísimo día en que la materia inerte dio el misterioso salto a la autoorganización y replicación. Los insectos, con más de un millón de especies descritas, destacan como uno de los componentes principales de la biodiversidad terrestre. Han colonizado y ocupan la mayor parte de los ecosistemas y son importantes, no solo por su número de especies, sino también por la abundancia de su biomasa y por representar un papel clave en el funcionamiento de las cadenas tróficas. El gran grupo de los himenópteros (abejas, avispas, hormigas y avispillas parasitoides) integra, junto con los coleópteros (escarabajos), los dípteros (moscas y mosquitos) y los lepidópteros (mariposas y polillas), uno de los cuatro grupos hiperdiversos de insectos. Se han descrito cerca de 120 000 especies de hime­ nópteros, pero estimaciones recientes apuntan a que la diversidad real del orden superaría las 500 000 especies sobrepasando así al orden Coleoptera como el grupo de insectos más rico en especies.  vispa porta-sierra del género Megalodontes A (Symphyta). Foto: José Luis Nieves.

Solo en España se estima que pueden existir cerca de 10 000 especies. A título comparativo, algunas cifras pueden darnos una idea de la diversidad del grupo con relación a la de otros organismos mejor conocidos. Un solo género de himenópteros calcídidos parasitoides: Aprostocetus, tiene más de 200 especies en Europa occidental, es decir, tantas como el conjunto de mamíferos, reptiles y anfibios de la península ibérica; dos familias de avispas parásitas, los Ichneumonidae y Braconidae, tienen en España tantas especies como la totalidad de las plantas vasculares y hay dos veces más especies de abejas que de aves en España. Si destacan por su gran riqueza de especies, los himenópteros son también sobresalientes por la extraordinaria diversidad de sus modos de vida, que van desde la fitofagia a la depredación, pasando por el parasitismo o la inducción de agallas vegetales, y desde el comportamiento solitario hasta el mutualismo o la formación de sociedades complejas. El paralelismo entre las sociedades de abejas y hormigas con las humanas ha fascinado al ser humano desde tiempos remotos como profusamente se refleja en el folclore, el arte y la literatura. El himenóptero más pequeño, y uno de los insectos más pequeños, es el mimárido Megaphragma que solo mide 0.2 mm. En el extremo contrario se encuentran los pompílidos del género Pepsis, que son cazadores en el trópico de grandes arañas lobo y pueden tener una envergadura de 10 cm. Aunque muchos pasen desapercibidos, los himenópteros son

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«SE HAN DESCRITO CERCA DE 120 000 ESPECIES DE HIMENÓPTEROS, PERO ESTIMACIONES RECIENTES APUNTAN A QUE LA DIVERSIDAD REAL DEL ORDEN SUPERARÍA LAS 500 000»

extremadamente comunes. En una investigación propia realizada hace treinta años en la estación biológica de El Ventorrillo, en el actual Parque Nacional de la Sierra de Guadarrama, una trampa Malaise capturó en un año 61 720 ejemplares, unos 900 ejemplares por día en el mes de julio, para un total de 1200 especies identificadas de himenópteros y unas 1900 estimadas. Desde el punto de vista económico, la importancia de los himenópteros para el ser humano supera a la de cualquier otro grupo de insectos. En los aspectos positivos de interés se pueden destacar los beneficios de la polinización de plantas silvestres y cultivadas, los del control biológico por parte de himenópteros parasitoides de plagas agrícolas y forestales y la producción de productos comerciales como la miel y la cera. En el aspecto negativo se puede mencionar los problemas para la salud humana que representan las picaduras de las especies provistas de aguijón como las abejas y avispas, en especial las especies sociales, así como algunas plagas forestales ocasionadas por especies de himenópteros. Casos recientes de estos problemas, algunos estudiados por el equipo investigador del firmante de este artículo, son los de las especies invasoras de origen oriental, avispón asiático Vespa velutina y el de la avispilla plaga del castaño Dryocosmus kuriphilus. Cabe mencionar un último aspecto importante de los himenópteros con relación al ser humano y es su valor medioambiental, ya que se trata de un grupo de insectos que no solo forma un componente principal de la biodiversidad por sí mismo, por estar presentes en la mayoría de los ecosistemas terrestres y en muchas de las interacciones y redes de dependencia planta-animal, por lo que también son vitales en el mantenimiento de la diversidad de otros grupos.

LOS HIMENÓPTEROS EN LA HISTORIA DEL MUSEO: HIMENOPTERÓLOGOS Y COLECCIONES DE HYMENOPTERA

En los 250 años de historia del Museo Nacional de Ciencias Naturales eminentes figuras de entomólogos vinculados a esta institución realizaron una labor destacada en el estudio de los himenópteros. Muchos se formaron y crecieron como investigadores gracias al extraordinario magisterio de Ignacio Bolívar, director del Museo entre los años 1901 a 1936, bajo cuyo mandato la disciplina de la entomología y las colecciones de insectos del Museo conocieron su mayor época de esplendor. Cabe destacar entre dichas figuras a Jose Maria Dusmet y a Ricardo García Mercet, este último especialista en calcídidos encírtidos y autor de la primera monografía sistemática de Fauna Ibérica sobre sobre una familia de himenópteros. Otro insigne himenópterólogo, especialista en icneumónidos, que también se formó con Ignacio Bolívar, fundaría en 1941, después de la Guerra Civil que fragmentó al Museo, el Instituto Español de Entomología, continuando la tarea de estudio de estos himenópteros en España y la de enriquecimiento de las colecciones de este grupo de insectos. Como resultado de la larga y fructífera historia de estudio de himenópteros en el Museo, las colecciones de este grupo de insectos se cuentan entre las más importantes que conserva y custodia esta institución, sumando en conjunto más de medio millón de registros integrados por muestras muy variadas: ejemplares en seco, conservados en alcohol, preparaciones microscópicas, testigos de extracción de ADN, lotes en alcohol, muestras de interacciones con plantas, nidos de especies sociales y otro tipo de muestras científicas. INVESTIGACIONES PROPIAS EN HYMENOPTERA

Coincidiendo con la refundación del Museo en 1984, nos incorporamos a la plantilla de entomólogos con-

Himenópteros, un orden hiperdiverso de insectos

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Figura 1. Trampa Malaise utilizada en el inventario de biodiversidad del Parque Nacional de la Isla de Coiba, Panamá. Foto: Ramón J. Hernández.

Figura 2. Agallas del cinípido Trigonaspis mendesi en quejigo. Foto: José Luis Nieves. 5

Figura 3. Agallas del cinípido Andricus hispanicus (Cynipidae) en roble melojo. Foto: José Luis Nieves.

Figura 4. Abejorro carpintero del género Xylocopa (Apidae). Foto: José Luis Nieves.

Figura 5. Observando microhimenópteros con el microscopio óptico binocular. Foto: Arabia Sánchez.

Figura 6. Colectando insectos en la reserva Wisui, Ecuador, con alumnos del máster en Biodiversidad de Áreas Tropicales y su Conservación. Foto: Gissela de la Cadena.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

tinuando, hasta la fecha en que se escriben estas líneas, los estudios sobre himenópteros de los ilustres colegas que nos habían precedido. Nuestra investigación se realiza en dos líneas principales. La línea principal es la taxonómica, centrada en las avispas de las agallas o cinípidos, un grupo singular de himenópteros que se caracteriza por inducir estructuras vegetales anómalas en las plantas en su propio beneficio. El objetivo de esta línea de investigación es completar el inventario a nivel mundial de Cynipidae, una tarea difícil que aún no ha concluido. A lo largo de casi 40 años de trabajo, nuestros estudios del grupo nos han llevado, además de profundizar en el conocimiento de la fauna ibérica, a realizar estudios en otros continentes, destacando los efectuados en Chile (sobre bosques templados de especies de Nothofagus), en Panamá (en bosques nubosos del género Quercus) y, más recientemente, en bosques templados de fagáceas de la región de Sichuán (China). Paralelamente a nuestra línea de investigación principal, hemos realizado también estudios en otra faceta investigadora centrada en los inventarios de biodiversidad de himenópteros, efectuados fundamentalmente por medio de trampas Malaise. Los proyectos realizados en esta línea dignos de destacar son los llevados a cabo en España en el Parque Nacional de la Sierra de Guadarrama, Monte de El Pardo y Parque Nacional de la Caldera de Taburiente, mientras que en otros países son dignos de mención los que culminamos en el Parque Nacional de la Isla de Coiba (Panamá), en Guinea Ecuatorial y en las Reservas Los Queules y Huinay (Chile). Como resultado de estos proyectos las colecciones de Hymenoptera del Museo se han enriquecido considerablemente con miles de ejemplares y taxones, muchos de ellos singulares o con escasa representación en las colecciones previamente existentes.

PARA SABER MÁS

Ceballos, G. (1941-1943). Las tribus de los himenópteros de España. Instituto Español de Entomología. Izquierdo, I., Martín, C., París, M., & Santos, C. (1997). La colección de entomología del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC). Graellsia, 53, 49-75. Nieves-Aldrey, J. L. (2001). Hymenoptera, Cynipidae. En M. A. Ramos et al. (Eds.), Fauna ibérica (Vol. 16). Museo Nacional de Ciencias Naturales - CSIC. Nieves-Aldrey, J. L., & Sharkey, M., (2012). Himenópteros. En P. Vargas, & R. Zardoya (Eds.), El árbol de la vida: sistemática y evolución de los seres vivos (pp. 322-333). [S. n.]. Nieves-Aldrey, J. L. (2016). Un taxónomo del siglo xxi. Naturalmente, 10, 14-20.

 rampa Malaise instalada en Huinay, T Patagonia chilena. Foto: Carolina Martín.

Himenópteros, un orden hiperdiverso de insectos

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos permite responder a las preguntas de quién somos y de dónde venimos, así como cuál es nuestra relación como especie con el mundo que nos rodea y con otros organismos vivos. En mi campo de estudio, descubrir y describir la biodiversidad es una de las tareas que contribuyen a responder a esta última pregunta. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? El trabajo de campo, los viajes y las expediciones a la búsqueda de nuevos ejemplares son, sin duda, las facetas más excitantes y gratificantes del trabajo de un taxónomo. Difícilmente se puede encontrar una emoción comparable a la que se experimenta cuando se visita por primera vez un remoto paraje de un exótico país en el que todo lo que se ve o se colecta es excitantemente nuevo. Es, sin lugar a dudas, la parte más satisfactoria del trabajo que nos

ocupa. En los grupos que estudio, las avispas de las agallas y sus parasitoides, he hecho memorables descubrimientos describiendo especies nuevas de lejanos y exóticos lugares como los bosques de niebla de las montañas de Panamá, las selvas frías de la Patagonia chilena, los bosques de encinos de México o en los bosques de Sichuán en China. Pero otras veces he realizado descubrimientos impactantes casi sin salir de casa, como en la descripción de una pequeña avispita inductora de agallas en la zulla silvestre Hedysarum boveanum; una planta de la familia de las fabáceas muy abundante al sur de la Comunidad de Madrid, que es el primer caso conocido en Europa de una especie de Eulophidae que es inductora de agallas y no parasitoide como el resto de sus congéneres. Del mismo modo, otras nuevas especies de avispitas parasitoides o inductoras de agallas, igualmente interesantes, las he descubierto sin necesidad de viajar a países exóticos, en localidades de la Comunidad de Madrid y de otras regiones de España.

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LOS ENDEMISMOS DE NUESTROS RÍOS

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IGNACIO DOADRIO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

GEMA SOLÍS Colección de Ictiología, MNCN-CSIC

Denominamos endemismos a las especies propias y exclusivas de un ámbito geográfico concreto. A diferencia de lo que ocurre en el resto de Europa, alrededor de un 80 % de la ictiofauna estrictamente dulceacuícola de la península ibérica es endémica. Los pocos elementos compartidos con la fauna piscícola europea se reducen a una pequeña región del sur de Francia, tratándose pues de endemismos hispano-franceses. Esta gran cantidad de especies endémicas se explica por la particular evolución de la hidrología de nuestra Península, que se puede resumir en dos eventos paleogeográficos:

- Desde finales del Mioceno, la península ibérica se ha mantenido prácticamente aislada de las faunas europeas y africanas, lo que la convierte en una isla biogeográfica. Esto es debido a la formación de los Pirineos, que aíslan la Península por el norte, así como a la apertura del estrecho de

 rmarios compactos de la Colección de A Ictiología del MNCN. En la actualidad, con casi 400 000 peces, es la colección de vertebrados más numerosa del Museo. El material está fundamentalmente conservado en etanol, aunque también alberga ejemplares naturalizados y algunos transparentados y teñidos, así como una buena cantidad de esqueletos desarticulados y unos pocos montados. Foto: Gema Solís.

Gibraltar, que la mantiene separada de la ictiofauna africana desde hace 5,3 millones de años.

- La presencia de grandes cuencas endorreicas durante el Terciario y la formación de las cuencas fluviales durante el Cuaternario. Estos eventos hacen que se produzcan fenómenos de especiación antiguos en las grandes lagunas terciarias y fenómenos de especiación más recientes cuando surgieron las cuencas fluviales actuales, existiendo endemismos muy localizados geográficamente. Solo aparecen algunas especies con área de distribución compartida entre el sur de Francia y el norte de España, que se debe a la bajada del nivel del mar durante los periodos glaciales, poniéndose en contacto ríos españoles y franceses cerca de su desembocadura, para volver a aislarse hasta la configuración actual con la subida del nivel del mar en los periodos interglaciares.

Por todo esto, la ictiofauna de la península ibérica resulta de gran interés para su estudio y prioritaria para la biología de la conservación. Así, la fauna piscícola de nuestros ríos ha sido ampliamente estudiada desde hace años, lo que nos permite conocer con gran exactitud las especies endémicas que los pueblan y poner las medidas adecuadas de conservación antes de que sea demasiado tarde. En la península ibérica habitan 63 especies de peces, 52 de las cuales son exclusivamente continentales. De ellas, 42 especies son endémicas de nuestros ríos y 16 exclusivas de España. Existen, además, los endemismos hispano-franceses antes mencionados.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«A DIFERENCIA DE LO QUE OCURRE EN EL RESTO DE EUROPA, ALREDEDOR DE UN 80 % DE LA ICTIOFAUNA ESTRICTAMENTE DULCEACUÍCOLA DE LA PENÍNSULA IBÉRICA ES ENDÉMICA»

Sin embargo, a nivel de gestión de especies y hábitats para su conservación, esta fauna ictiológica es muy complicada de manejar. La alta presencia de endemismos de la península ibérica es tan particular que las especies son incluso diferentes en cada cuenca hidrográfica. Por ello, la traslocación de ejemplares entre cuencas, realizada por actividades humanas, como trasvases o debido a la pesca recreativa, puede causar un gran impacto en las diferentes comunidades de peces que las habitan. Del mismo modo, y al contrario que otros vertebrados e invertebrados peninsulares, nuestros peces de agua dulce tienen poco poder de dispersión, ya que no pueden atravesar barreras geográficas como la cadena montañosa pirenaica o el estrecho de Gibraltar. Esto ha favorecido el aislamiento genético de la ictiofauna continental ibérica, cuyo origen es anterior a la formación de estas barreras pero, a su vez, les hace muy vulnerables ante cualquier cambio medioambiental, como la introducción y proliferación de especies exóticas competidoras o la destrucción de su hábitat (Doadrio et al., 2011). Las especies exóticas o alóctonas alteran notablemente las comunidades originales de especies, lo que se traduce en una pérdida de biodiversidad. Algunas de estas especies se han aclimatado rápidamente a su nuevo hábitat y han pasado a considerarse invasoras. Los ejemplares introducidos pueden establecer con los autóctonos relaciones de competencia, de depredación, hibridar con ellos e incluso transmitirles parásitos y enfermedades (Elvira & Almodóvar, 2019) produciéndose, como consecuencia, el declive de las poblaciones más vulnerables. La destrucción de hábitat está ligada a la acción humana desde tiempos inmemoriales. La actuación negativa del ser humano implica la explotación abusiva de acuíferos y cuencas de ríos, así como su contaminación.

La captura inapropiada de especies de gran valor comercial o la introducción de otras para pesca recreativa son también factores de amenaza. La construcción de presas, canalizaciones y demás infraestructuras hidráulicas, al igual que la degradación que sufren especialmente los tramos medios de los ríos (donde habitan la mayoría de las especies fluviales), suponen un impacto importante para la fauna piscícola (Doadrio, 2001). Las colecciones biológicas contienen información histórica muy importante acerca de la distribución de especies, así como de su abundancia o del grado de conservación de sus poblaciones. La diversidad biológica de un área en estudio puede ser determinada gracias al conocimiento de las especies que la habitan, pudiendo estas haber sido descritas previamente o ser objeto de descripción gracias a dicho estudio. Un ejemplar que ha sido utilizado para la descripción de una especie se denomina ejemplar tipo. En la Colección de Ictiología del Museo Nacional de Ciencias Naturales existe una buena representación de ejemplares de referencia o tipos (holotipos y paratipos, principalmente) conservados en etanol al 70 %, con un total de 2122 ejemplares de 65 especies a día de hoy. De ellos, 1240 peces corresponden a endemismos ibéricos de 14 especies distintas (Solís & Doadrio, 2019), que aparecen desglosadas en la tabla anexa (Fig. 3). Todas ellas, a excepción de una especie, se encuentran catalogadas en la Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza).

LOS ENDEMISMOS DE NUESTROS RÍOS

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Nombre científico

Autor

Nombre común

Categoría UICN

Achondrostoma occidentale

Robalo, Almada, Sousa Santos, Moreira & Doadrio, 2005

Ruivaco

EN

Achondrostoma salmantinum

Doadrio & Elvira, 2007

Sarda

EN

Gobio lozanoi

Doadrio & Madeira, 2004

Gobio

LC

Iberochondrostoma oretanum

Doadrio & Carmona, 2003

Pardilla oretana

CR

Iberocypris palaciosi

Doadrio, 1980

Bogardilla

CR

Parachondrostoma turiensis

Elvira, 1987

Madrija

EN

Squalius carolitertii

Doadrio, 1988

Bordallo

LC

Squalius castellanus

Doadrio, Perea & Alonso, 2007

Bordallo del Tajo

EN

Squalius laietanus

Doadrio, Kottelat & de Sostoa, 2007

Bagra

LC

Squalius malacitanus

Doadrio & Carmona, 2006

Cachuelo de Málaga

EN

Squalius pyrenaicus

Günther, 1868

Cacho

No evaluado

Squalius valentinus

Doadrio & Carmona, 2006

Cacho del Mediterráneo VU

Cobits vettonica

Doadrio & Perdices, 1997

Colmilleja del Alagón

EN

Aphanius baeticus

Doadrio, Carmona & FernándezDelgado, 2002

Salinete

CR

EN: En peligro

LC: Preocupación menor

CR: En peligro crítico

Figura 1. Recogiendo muestras de ADN. Foto: Adolfo de Sostoa.

Figura 2. Pesca eléctrica en el río Miño junto a la investigadora portuguesa Carla Sousa Santos. Foto: Joana Robalo.

VU: Vulnerable

Figura 3. Tabla del material tipo, conservado en etanol al 70 %, de los endemismos ibéricos con representación en la Colección de Ictiología del Museo Nacional de Ciencias Naturales.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Doadrio, I. (Ed.). (2001). Atlas y Libro Rojo de los peces continentales de España. Dirección General de Conservación de la Naturaleza. Doadrio, I., Perea, S., Garzón-Heydt, P., & González, J. L. (2011). Ictiofauna continental española. Bases para su seguimiento. D. G. Medio Natural y Política Forestal. Marm. Elvira, B., & Almodóvar, A. (2019). El problema de los peces de agua dulce invasores en España. En J. Junoy (Ed.), Especies exóticas invasoras (pp. 107-121). Universidad de Alcalá. Solís, G., & Doadrio, I. (2019). La Colección de Ictiología. En I. Doadrio, R. Araujo & J. I. Sánchez-Almazán (Eds.), Las Colecciones del Museo Nacional de Ciencias Naturales. Investigación y Patrimonio. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. https://www.iucnredlist.org/es.

 l equipo directivo del Museo Nacional E de Ciencias Naturales en junio de 2021. De izda. a dcha. y de arriba a abajo: Ignacio Doadrio, vicedirector de Colecciones y Documentación; Santiago Merino, director; Miguel Bastos Araújo, vicedirector de Formación Científica y Profesional; Marta Barluenga, vicedirectora de Investigación; Pilar López García-Gallo, vicedirectora de Comunicación y Cultura Científica; Félix Rojas, gerente; Cristina Cánovas, vicedirectora de Exposiciones. Foto: Fernando Señor.

LOS ENDEMISMOS DE NUESTROS RÍOS

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia aporta sentido a nuestra existencia y motivación para continuar investigando sobre ella. — ¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Cuando una carrera investigadora se dilata en el tiempo es difícil señalar que es lo más emocionante que ha ocurrido. Porque cada hallazgo, cada avance científico, se recuerda como el más importante en una época determinada. Así, explorar territorios nuevos y descubrir la biodiversidad, un sueño anhelado desde la infancia, se ha visto cumplido, describiendo la diversidad biológica y nuevas especies

en 4 continentes diferentes. Los hallazgos en biogeografía, en el árbol de la vida, en la genética de la conservación o en los mecanismos de especiación que hacen viable a las especies unisexuales, han tenido todos ellos momentos apasionantes. Sin embargo, el proyecto de mayor ilusión a lo largo de toda mi carrera científica, el que me ha deparado más satisfacción y emociones, es el proyecto institucional, ese en el que una generación de colegas y amigos invertimos un tiempo, no valorado por los academicistas, para conseguir levantar una Institución: el Museo, a fuerza de ilusión, trabajo, sacrificio y buen humor, que nos hacen afrontar con optimismo los próximos 250 años. Ignacio Doadrio

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SEGUIMIENTO DE LA BIODIVERSIDAD EN LAS ÁREAS MARINAS PROTEGIDAS

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JOSÉ TEMPLADO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

El mar tiene una gran capacidad de regeneración, en buena parte debido al enorme potencial reproductor y de dispersión de la mayoría de las especies que en él habitan. Las áreas marinas protegidas (en adelante AMP) son un buen ejemplo de ello y se han convertido en una herramienta básica de conservación de la biodiversidad de mares y océanos. Asimismo, constituyen un excelente laboratorio de investigación para comprobar, entre otros aspectos, dicha capacidad de recuperación cuando se eliminan algunos de los impactos humanos que inciden sobre el medio marino. Como resultado, en las últimas décadas se han establecido una gran cantidad de AMP en todo el mundo y España es un buen ejemplo de ello. Además, el establecimiento de AMP se considera que es esencial para el logro del «buen estado medioambiental marino» que debe perseguirse en virtud de la Directiva Marco sobre la Estrategia Marina de la Unión Europea (Directiva 2008/56 /CE). El hecho es que hoy día existe una ingente cantidad de publicaciones sobre las AMP y se ha demostrado que en menos de 3 años se recuperan las especies de mayor movilidad, como los peces o aquellas de ciclos de vida cortos y rápido crecimiento y dinámica  na red bien coordinada de reservas U marinas puede permitir el seguimiento de determinados eventos esporádicos como las plagas de medusas. En la foto Cotylorhiza tuberculata, una de las medusas que ha proliferado en los últimos años. Foto: José Templado.

poblacional, mientras que para las especies más longevas y de crecimiento lento (corales o gorgonias) la recuperación puede demorarse hasta 10-15 años (Pérez Ruzafa et al., 2017). Por otro lado, se ha demostrado también que las AMP exportan biomasa y biodiversidad a las zonas limítrofes (López Ornat et al., 2014). A la hora de estudiar el denominado efecto reserva es preciso contar con una visión de partida lo más completa posible sobre su biodiversidad en las fechas de creación del AMP, es decir, qué especies hay (inventarios florísticos y faunísticos lo más completos posible) y cómo se distribuyen conformando los distintos hábitats. Ello constituye la información básica con la que debe contarse para cualquier estudio posterior y nos permite identificar posibles endemismos, especies foráneas, especies de singular interés, especies protegidas, «especies clave» en los procesos ecológicos, especies indicadoras de las condiciones ambientales, especies raras, etc. Un ejemplo lo constituyen los compendios de flora y fauna de las reservas marinas de las islas Columbretes y de la isla de Alborán (Templado y Calvo, 2002 y 2006, respectivamente) publicados por la Secretaría General de Pesca Marítima, del entonces Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Sin embargo, estos estudios previos tan necesarios conllevan un ingente trabajo de exploración, muestreo y posterior separación de muestras e identificación de las especies, para lo que debe contarse con taxónomos expertos. En el artículo de Templado et al. (2010) se detalla toda la metodología necesaria para el desarrollo de campañas destinadas

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«DE NADA SIRVE PROTEGER ADECUADAMENTE DETERMINADAS ÁREAS SI LAS AGUAS QUE LAS BAÑAN NO REÚNEN LA CALIDAD SUFICIENTE Y SI EL ENTORNO DONDE ESTÁN ENCLAVADAS SIGUE DETERIORÁNDOSE»

a investigar la biodiversidad global de áreas marinas costeras. Lamentablemente, los inventarios de especies son cada vez más difíciles de obtener por la desaparición progresiva de taxónomos (muy poco valorados por los sistemas actuales de evaluación de la actividad científica) y por el enorme esfuerzo y tiempo que requieren. Por ello, lo normal es que los estudios se centren mayoritariamente en las especies más conspicuas o que desempeñan un papel ecológico muy aparente (key species), principalmente peces, pero también diversas especies que caracterizan los distintos hábitats, como cnidarios (corales y gorgonias), algas o fanerógamas marinas. Sin embargo, la mayor parte de la biodiversidad está formada por especies pequeñas, poco conspicuas y muchas veces raras (el componente casi siempre ignorado de la biodiversidad), a pesar de que el número de ellas es indicativo del grado de estructuración y complejidad de las distintas comunidades. Un elevado número de especies raras refleja la existencia de redes tróficas más complejas y una mayor resiliencia de las comunidades. Por poner un símil futbolístico, podríamos decir que contar con un nutrido banquillo de suplentes permitirá cubrir mejor las posibles bajas por lesión de los titulares. Por ello, este elenco de especies poco conspicuas, y a menudo poco conocidas, es un elemento a tener muy en cuenta y que revaloriza los valores naturales de una determinada zona. Al igual que la importancia de los inventarios de especies, disponer de una descripción y cartografiado de las distintas comunidades es básico para establecer la zonificación de usos y seguimiento de las AMP. Con los datos previos, tanto de los inventarios de especies como de la distribución y estado

de las distintas comunidades, puede establecerse el «punto 0» o situación de partida de una AMP. Esa información permitirá seleccionar una serie de especies o comunidades para hacer el seguimiento del efecto reserva. Por lo general, suelen utilizarse a tal fin algunas de las siguientes:

- Poblaciones de las principales especies o grupos -

de peces (meros, corvinas, espáridos, lábridos, entre otros). Comunidades de algas fotófilas y erizos. Presencia de grandes crustáceos (langosta, centollo, bogavante, cigarras de mar). Especies sésiles más conspicuas (gorgonias, corales, esponjas de gran porte, grandes briozoos, coral rojo, etc.). Especies protegidas, ya sea las incluidas en el Catálogo Español de Especies Amenazadas o en convenios internacionales. Especies indicadoras de «tropicalización» o del calentamiento global. Praderas de fanerógamas marinas.

Aparte de estas comunidades o especies, más o menos comunes a buena parte de las AMP, es preciso identificar aquellos elementos singulares o particulares de cada una de ellas a la hora de hacer los seguimientos, como pueden ser los bosques de grandes algas laminariales en la reserva marina de isla de Alborán, los bancos del coral Cladocora caespitosa, en la de las islas columbretes o las praderas de Posidonia oceanica y los microarrecidfes del gasterópodo gregario Dendropoma lebeche en la de la isla de Tabarca. Es aconsejable, por otro lado, que exista una coordinación entre todas las AMP para que exista una uniformidad en cuanto a objetivos, criterios y protocolos (con independencia de las singularidades que presente cada una), de forma que se puedan hacer comparaciones y estudios complementarios (Blowes et al., 2020). Ello permitiría, entre otras cosas, establecer una red de seguimiento de determinados

Seguimiento de la biodiversidad en las áreas marinas protegidas

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Figura 1. Pradera de Posidonia oceanica en la reserva marina de la isla de Tabarca. Foto: José Templado.

Figura 2. Los cnidarios y esponjas son de las especies más conspicuas objeto de seguimientos en las reservas marinas. Foto: Paula Rodríguez Flores.

Figura 3. Fondo coralígeno con gorgonias en las islas Chafarinas. Foto ZOEA.

Figura 4. Las poblaciones de peces se recuperan con rapidez en las reservas marinas. En la foto «espetones» o «bicudas» Sphyraena viridensis en la reserva marina de cabo de Palos. Foto: Paula Rodríguez Flores.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

efectos esporádicos, como mareas rojas, plagas de determinadas especies (por ejemplo, medusas), mortandades masivas de determinadas especies o proliferaciones de mucílagos, y determinar si se producen de forma local o generalizada, así como dilucidar los posibles factores desencadenantes de dichos eventos. Por otro lado, aunque se ha demostrado el papel de las AMP en la recuperación de muchas especies sometidas a presión humana que pueden desplazarse a áreas próximas, así como en la exportación de propágulos y larvas planctónicas de las especies que viven fijas al fondo, no se conoce tanto su papel como receptoras si no existen áreas próximas que también reúnan condiciones favorables. De no ser así, el balance de los efectivos poblacionales dentro de las zonas protegidas puede ser deficitario (exportan pero no importan), por lo que a la larga puede producirse también una pérdida de biodiversidad dentro de ellas. En este sentido, son muy necesarios los estudios del alcance de la conectividad genética entre las poblaciones de las distintas especies a la hora de diseñar una red de AMP con una adecuada distribución geográfica y distancia entre ellas. Por último, hay que tener en cuenta que el mar no conoce barreras ni demarcaciones, por lo que de nada sirve proteger adecuadamente determinadas áreas si las aguas que las bañan no reúnen la calidad suficiente y si el entorno donde están enclavadas sigue deteriorándose. Las áreas marinas protegidas no están exentas de los impactos globales, como el calentamiento progresivo, las olas de calor extremas, la acidificación o la proliferación de microplásticos y basuras. Por ello, el hecho de que se protejan de determinados impactos una serie de áreas marinas no debe olvidar la protección y cuidado del medio marino en su conjunto.

PARA SABER MÁS

Blowes, S. A., Chase, J. M., Di Franco, A., Frid, O., Gotelli, N. J., Guidetti, P., … & Belmaker, J. (2020). Mediterranean marine protected areas have higher biodiversity via increased evenness, not abundance. Journal of Applied Ecology, 57(3), 578-589. López Ornat, A., Atauri, J. A., Ruiz, C., & Múgica, M. (2014). Beneficios sociales y ambientales de las reservas marinas de interés pesquero. Fundación Fernando González Bernáldez. Pérez-Ruzafa, A., García-Charton J. A. & Marcos, C. (2017). North East Atlantic vs. Mediterranean Marine Protected Areas as fisheries management tool. Frontiers in Marine Science, 4, 245. Templado, J., Calvo, M. (Eds.). (2002). Flora y Fauna de la Reserva Marina de las islas Columbretes. Secretaría General de Pesca Marítima, MAPA. Templado, J., & Calvo, M. (Eds.). (2006). Flora y Fauna de la Reserva Marina y Reserva de Pesca de la isla de Alborán. Secretaría General de Pesca Marítima, MAPA. Templado, J., Paulay, G., Gittenberger, A., & Meyer, C. (2010). Sampling the marine realm. En J. Eymann, J. Degreef, Ch. Häuser & J. C. et al. (Eds.), Manual on field recording techniques and protocols for all taxa biodiversity and monitoring (vol. 8, pp. 273-307). ABC Taxa.

Seguimiento de la biodiversidad en las áreas marinas protegidas

 epe Templado (MNCN), Diego K. Kersting (biólogo P de la Reserva) y Luis Sánchez Tocino (Universidad de Granada) en una de las campañas en la reserva marina de las islas Columbretes.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia usa la negación, busca la disyuntiva, venera la duda y adora la pregunta. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? La investigación está llena de emociones; cualquier avance, cualquier descubrimiento, el ver por fin publicado un artículo que te ha llevado tanto tiempo y quebraderos de cabeza. En cualquier caso, a mí, como biólogo que investiga los secretos del mar,

las mayores emociones me surgen cuando me sumerjo en un lugar nuevo, cuando descubro alguna especie que no había visto antes y, sobre todo, recuerdo la inmensa emoción que me produjo ver por primera vez un manglar o sumergirme en un arrecife de coral. Fue en el archipiélago de Los Canarreos en el sur de Cuba. Lo malo es que en los artículos científicos debe primar exclusivamente la objetividad, la precisión y la claridad, por lo que quedan excluidas las emociones, los sentimientos, el sentido del humor o la literatura. Una pena.

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DIVERSIDAD GENÉTICA EN INVERTEBRADOS MARINOS AMENAZADOS

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ANNIE MACHORDOM Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

IVÁN ACEVEDO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

VIOLETA LÓPEZ-MÁRQUEZ Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Casi un millar de especies son consideradas oficialmente en nuestro territorio con figuras como «Protección Especial» o algún grado de amenaza («Vulnerables» o «En Peligro de Extinción»). Una décima parte son invertebrados y de ellos, 40 son marinos (https://www.miteco.gob. es/es/biodiversidad/temas/biodiversidad-marina/ habitats-especies-marinos/especies-marinas/especies-marinas-y-estrategias.aspx). La percepción de la sociedad sobre la pérdida de biodiversidad, de dimensiones desorbitadas en nuestros días, se suele centrar en especies consideradas emblemáticas (¿quién no ha oído hablar de la situación extrema del lince ibérico o de la disminución de los bancos de boquerones –o anchoas– del Cantábrico?). Sin embargo, muchos son los casos de especies que pasan desapercibidas, por ejemplo, por su tamaño (especies microscópicas) o localización (fondos profundos marinos) que sufren igualmente la debacle de la pérdida de diversidad, de la disminución de su número de poblaciones o de una buena parte de sus individuos. En nuestro grupo de investigación tratamos principalmente sobre distintos aspectos de la biología evolutiva de invertebrados marinos. Nuestros estudios intentan trascender más allá de la investigación básica y contribuir a su gestión y conservación. Hay que

Patella ferruginea marcada con juveniles encima. Foto: Javier Guallart.

tener en cuenta que sin conocer no podemos conservar. Nos hemos centrado, principalmente, en aquellas especies que presentan alguna figura especial de conservación (es decir, son consideradas amenazadas), pero sin olvidar que faltan datos para muchas otras. No es que estas últimas sean menos importantes, ya que cada una cumple con su función en sus comunidades, pero sabemos claramente que las primeras necesitan una atención especial. Es más, la ley indica que las especies consideradas En Peligro de Extinción deben tener un seguimiento y análisis científico de su condición y deben emitirse planes para su conservación. Por tanto, nos hemos aproximado al estudio de especies como la lapa ferrugínea (Patella ferruginea), gracias al interés del Organismo Autónomo de Parques Nacionales y con apoyo de la Fundación General del CSIC y el patrocinio de la Fundación Banco de Santander a través de sus Proyectos Cero, Especies Amenazadas y, con la financiación del Ministerio de Ciencia (en sus distintas nominaciones o localizaciones), de los moluscos Dendropoma lebeche (constructor de arrecifes y antes conocido como Dendropoma petraeum) y de la nacra (Pinna nobilis), de corales como la madrépora mediterránea (Cladocora caespitosa) o el coral naranja (Astroides calycularis), de crustáceos como el jameíto (Munidopsis polymorpha) y la langosta herreña (Panulirus echinatus) o de las pequeñas estrellas del capitán (Asterina spp.). Gracias a estos estudios hemos conocido mejor algunos aspectos de cada una de estas especies. Com-

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«SON MUCHOS LOS CASOS DE ESPECIES QUE PASAN DESAPERCIBIDAS POR SU TAMAÑO O LOCALIZACIÓN, QUE SUFREN IGUALMENTE LA DEBACLE DE LA PÉRDIDA DE DIVERSIDAD»

probamos, por ejemplo, que cuando la madrépora mediterránea se enfrenta a condiciones extremas que comprometen su reproducción sexual habitual y, por tanto, la supervivencia de determinadas poblaciones, adoptan un tipo de reproducción asexual (como la fragmentación de pólipos) para mantener un tamaño mínimo de efectivos y así responder a esas agresiones. También descubrimos que las escasas poblaciones de la lapa ferrugínea que aún sobreviven a pesar de su extremo estado de regresión, mantienen una gran conectividad genética, aunque no exista una continuidad en su distribución. Por tanto, este avance plantea también nuevas incógnitas: ¿tienen estas especies una distribución «contagiosa»? Las imágenes de juveniles sobre adultos podrían ser una pista de ello. Pero quizá el mayor logro de este estudio fue el llegar a reproducir la especie en cautividad. Se había intentado durante mucho tiempo sin conseguir pasar de la fase larvaria de vida libre, hasta que observamos el primer juvenil y se logró cerrar el ciclo, alcanzando la fase adulta en acuario. Finalmente, estas lapas fueron liberadas al medio natural, para lo que se eligieron las islas Hormigas, frente a Murcia, en las que anteriormente habitaba la lapa ferrugínea, pero de donde había desaparecido en los últimos años. Tomamos esta precaución ya que la suelta o repoblación debe siempre ser muy rigurosa y seguir estrictos protocolos para no interferir en la buena condición de otras poblaciones naturales. Los avances realizados en especies o complejos de especies, como los anteriormente denominados Dendropoma petraeum o Asterina, se dieron en distintos aspectos de su biología y diferenciación genética. Por ejemplo, se describieron unas diversidades específicas y poblacionales que habían pasado desapercibidas. Dendropoma petraeum, especie clave en el

Mediterráneo por ser bioconstructora y, por tanto, creadora y protectora de hábitats y numerosas especies, resultó ser un complejo de especies. De hecho, cuatro son, al menos, las que se distribuyen en distintos sectores del Mediterráneo, y su historia es muy antigua: probablemente su diferenciación se inició en el momento de la desecación del Mediterráneo hace alrededor de ¡6 millones de años! Ya se había descrito una diferencia en el desarrollo de sus fases de reproducción en poblaciones alejadas del este, centro u oeste del Mediterráneo, pero las herramientas moleculares ayudaron a caracterizar las distintas especies y así concluir en la descripción de una nueva especie en nuestra área: Dendropoma lebeche (Templado et al., 2016). Un caso similar, con diversidad críptica (muy poca o nula diferenciación morfológica pero clara distinción genética) nos encontramos para las estrellas del capitán del género Asterina. Estudiábamos la diferenciación de poblaciones de las tres especies reconocidas en aguas de la península ibérica (Asterina gibbosa, A. pancerii y A. phylactica) cuando constatamos que había al menos otros dos linajes que correspondían con nuevas especies que se distribuían en la zona del delta del Ebro y en las islas Canarias. Las especies se denominaron Asterina vicentae y Asterina martinbarriosi, en honor a dos personas relevantes para la descripción de las mismas (López-Márquez et al., 2018). Estos ejemplos de la actividad que hemos desarrollado en estos últimos años han repercutido en distintos aspectos científicos y de divulgación. Por una parte, nuevos investigadores se han formado a lo largo de estos estudios, permitiendo mantener y reforzar estas líneas de investigación. Por otra, hemos intentado, a través de distintas iniciativas o recursos (exposiciones, informes, cursos a distintos niveles y conferencias), llegar al público general, que es clave en el impulso de nuevas políticas y actuaciones para la imprescindible conservación de la diversidad.

Diversidad genética en invertebrados marinos amenazados

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Figura 1. Detalles morfológicos de Asterina vicentae.

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PARA SABER MÁS

López-Márquez, V., Acevedo, I., Manjon-Cabeza, M. E., Garcia-Jimenez, R., Templado, J., & Machordom, A. (2018). Looking for morphological evidence of cryptic species in Asterina Nardo, 1834 (Echinodermata: Asteroidea). The redescription of Asterina pancerii (Gasco, 1870) and the description of two new species. Invertebrate Systematics, 32, 505-523.

Templado, J., Richter, A., & Calvo, M. (2016). Reef building Mediterranean vermetid gastropods: disentangling the Dendropoma petraeum species complex. Mediterranean Marine Science, 17(1), 13-31.

Figura 2. Chipre: Paula Rodríguez Flores, Violeta López Márquez, David Buckley, Anabel Perdices, Annie Machordom, Mercedes G. Wangüemert e Iván Acevedo. Figura 3. Formentera: Paula Rodríguez Flores, David Buckley, Violeta López Márquez, Iván Acevedo, Annie Machordom, José Templado, Mar Soler, Marco Taviani y Ángel Luque.

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Diversidad genética en invertebrados marinos amenazados

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 quipo de investigación en la presentación de los resultados del Proyecto Cero E sobre Patella ferruginea. Un efecto colateral de nuestra investigación ha consistido en la posibilidad de realizar distintas campañas de muestreo que nos han permitido conocer diversos entornos y compartir vivencias con distintos compañeros. De izda. a dcha.: Annie Marchordom, Eusebio Bonilla, Paola Martín, Iván Acevedo, Juan Peña, Marta Calvo, Javier Guallart y José Templado.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? El mundo que habitamos está plagado de seres y fenómenos sobre los que nos cuestionamos. Cuando se tiene curiosidad, no se encuentra tranquilidad hasta que se conocen las respuestas. La ciencia nos aporta las claves para llegar a esas respuestas. Puede que en algún momento no las encontremos, no contemos aún con el conocimiento suficiente o los medios necesarios, pero hasta donde pueda llegarse, las evidencias científicas no nos defraudarán. Los avances científicos y su divulgación a la sociedad nos han hecho avanzar y la sociedad moderna está inherentemente ligada a ellos. Pocas utopías pueden plantearse sin un mayor y más justo reparto de los conocimientos científicos. Este convencimiento nos lleva a plantear que: SIN ciencia NO hay futuro. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? El privilegio de poder dedicarme a la investigación científica ha determinado mi vida. El entorno en el que he desarrollado mi carrera

no solo me ha permitido avanzar en los temas científicos que queríamos abordar (y todas las derivaciones inesperadas), lo cual siempre ha sido estimulante, sino que también me ha puesto en contacto con colegas de diversas partes del mundo que me han aportado mucho. He podido viajar a destinos a los que no hubiera ido de no ser porque había que conseguir las muestras sobre las que investigaríamos. Mis primeros contactos con el territorio de la península ibérica, fuera de casa, fueron para ir a buscar los especímenes sobre los que iba a hacer mi tesis doctoral. Y después de eso, conferencias, congresos y más muestreos me han llevado desde Asia o África hasta América. En cada uno de estos lugares aprendí mucho, y no solamente sobre biodiversidad. He disfrutado igualmente formando a otros trabajadores de la ciencia. Espero que ellos (ellas en su mayoría) puedan deleitarse tanto como yo desarrollando su trabajo. También ha habido que dejar cosas a un lado, porque este entorno es muy exigente, pero el balance es enormemente positivo. Dudo que cualquier otro campo me hubiera aportado tanto. Annie Machordom

LA DIVERSIDAD DE LOS CARACOLES CONO

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RAFAEL ZARDOYA Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

MANUEL JIMÉNEZ TENORIO Departamento CMIM y Química Inorgánica. Instituto de Biomoléculas (INBIO), Facultad de Ciencias, Universidad de Cádiz

La asombrosa diversidad de especies existentes en la naturaleza siempre ha fascinado al hombre. Cada ecosistema está formado por una miríada de especies (microbios, hongos, plantas, animales) que establecen entre sí interacciones ecológicas muy complejas, y cuya capacidad de resiliencia está siendo puesta a prueba por el creciente impacto negativo que ejercen las actividades humanas sobre el medio ambiente (calentamiento global, pérdida de hábitats, contaminación, introducción de especies invasoras). En 1859, Darwin enunció su teoría de la evolución, que explica cómo se origina y se mantiene la biodiversidad mediante la selección natural de aquellos individuos de una población (y su descendencia) mejor adaptados a los cambios del medio ambiente. El efecto continuado de la selección natural a lo largo de generaciones y millones de años produce, de forma gradual, tanto la aparición de nuevas especies como la extinción de otras. Aunque el mecanismo propuesto por Darwin es simple, lo cierto es que existe una variedad enorme de pro­cesos evolutivos implicados en la generación de nuevas especies. Así, el trabajo de los biólogos evolutivos consiste en inferir dichos procesos, tarea nada

 alloconus venulatus. Especie endémica de K las islas de Cabo Verde, donde se encuentra ampliamente distribuida en las islas de Boa Vista y Maio, y con presencia ocasional en la isla de Santiago. Ejemplar vivo en hábitat arenoso en la isla de Boa Vista, junio 2013. Foto: Carlos M. L. Afonso.

sencilla debido a que la selección natural trabaja de forma gradual. Por eso, para poder estudiar la evolución, se aprovechan aquellos procesos naturales en los que se ha producido una aceleración en las tasas evolutivas, generalmente asociada con la aparición de nichos ecológicos vacíos. La aparición acelerada de especies se conoce con el nombre de radiación evolutiva y, por ejemplo, ocurrió hace 360 millones de años, al final del Devónico, cuando los vertebrados invadieron el medio terrestre produciéndose la radiación de los anfibios; hace 66 millones de años, al comienzo del Cretácico, cuando la colisión de un asteroide provocó la extinción de los dinosaurios y permitió la radiación de los mamíferos; y ocurre cada vez que emergen islas de origen volcánico en los océanos, como son las islas Canarias, las islas Galápagos o el archipiélago de Hawái. La impresionante diversidad de especies de los caracoles cono (>900 especies) se ha generado a través de sucesivas radiaciones evolutivas y son, por lo tanto, un sistema modelo para estudiar la evolución. Los caracoles cono son gasterópodos marinos muy conocidos del coleccionista por la sorprendente variedad de sus conchas, con llamativos colores y patrones. Aparecen en cualquier océano, en aguas tropicales o subtropicales, presentando puntos calientes de diversidad en la región del Indo-Pacífico, las costas de África occidental y el mar Caribe. Aunque pueden encontrarse a gran profundidad, son más abundantes en las zonas submareales e intermareales de las costas, donde son predadores activos. Se alimentan de gusanos, otros caracoles y peces, que

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«LA IMPRESIONANTE DIVERSIDAD DE ESPECIES DE LOS CARACOLES CONO SE HA GENERADO A TRAVÉS DE SUCESIVAS RADIACIONES EVOLUTIVAS Y SON, POR LO TANTO, UN SISTEMA MODELO PARA ESTUDIAR LA EVOLUCIÓN»

capturan lanzando sus dientes (rádula) modificados en forma de arpón hueco, cargado con un potente veneno que aturde a la presa. El veneno de los caracoles cono, que también es utilizado como defensa ante predadores, se produce en una glándula especializada y está constituido por péptidos denominados conotoxinas que inhiben de forma específica canales iónicos en las sinapsis neuromusculares de las presas. Esta función hace de las conotoxinas moléculas muy útiles para estudios neurológicos y además pueden ser usadas como fármacos con propiedades analgésicas. Nuestro grupo investigador lleva trabajando más de una década en el estudio de las especies de caracoles cono de las costas de África occidental, las islas macaronésicas y el mar Mediterráneo. En concreto, estudiamos la especie endémica del mar Mediterráneo y la región adyacente del océano Atlántico, Lautoconus ventricosus, las especies del género Africonus que forman una radiación endémica de las islas de Cabo Verde, las especies del género Varioconus que son endémicas de Senegal, la especie Varioconus guanche de las islas Canarias y las costas de Marruecos, así como las especies del género Kalloconus que se encuentran a lo largo de la costa occidental africana (K. pulcher y K. byssinus), en Cabo Verde (K. ateralbus, K. marimaris, K. pseudonivifer, K. trochulus y K. venulatus) y en las islas Canarias (K. canariensis, el único cono endémico de España). Para completar la diversidad de la región, solo nos faltaría estudiar en detalle los caracoles cono del género Varioconus endémicos de Angola. Todas estas especies se caracterizan por presentar una larva de desarrollo directo, con poca capacidad de dispersión, mientras que la mayoría de las especies de caracoles cono de otras regiones tienen una larva planctónica (en África occidental solo presentan este tipo

de larva las especies Genuanoconus genuanus, Monteiroconus tabidus y Chelyconus ermineus, que también estudiamos). En todos los casos, el primer requisito para nuestra investigación es concretar el número real de especies existentes en cada región, para lo cual se tiene en cuenta las diferencias acumuladas en las secuencias de ADN de cada especie tras la evolución separada a partir de un antepasado común. Una delimitación correcta de las especies (y sus formas) es esencial para cualquier estudio de biología comparada posterior y también para tomar medidas eficientes de gestión y protección conforme a criterios científicos. De hecho, las pocas especies de caracoles cono en peligro se encuentran descritas en Senegal y Cabo Verde, asociadas a hábitats que han sido destruidos por la construcción de puertos y la contaminación marina. Las diferencias en el ADN también se utilizan para el siguiente paso, que es establecer las relaciones de parentesco entre las especies, lo que permite establecer un marco de referencia para determinar los procesos evolutivos implicados en la diversificación de estos caracoles cono, datar la aparición de los distintos linajes en el tiempo y asociarla a cambios pasados en el clima o el nivel del mar. En paralelo, consideramos cada una de las especies de caracol cono como una fábrica de fármacos naturales, únicos y muy eficientes debido a una selección natural de millones de años. Para aprovechar este tesoro, estamos catalogando la composición de los venenos de las diferentes especies mediante la secuenciación del ARN (transcriptómica) y los péptidos (proteómica) sintetizados en la glándula del veneno. Además, hemos secuenciado los cromosomas (genómica) de L. ventricosus y K. canariensis consiguiendo así el primer genoma de un caracol cono (junto con el de Dendroconus betulinus generado a la vez en China).

La diversidad de los caracoles cono

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Figura 1. Kalloconus canariensis. Especie endémica de las islas Canarias. Es uno de los conos que alcanza mayor tamaño en estado adulto (casi 20 cm). El ejemplar fue fotografiado en El Porís de Abona, Tenerife, septiembre 2020. Foto: Manuel. J. Tenorio.

Figura 2. Preparando la embarcación en Calhau, Sao Vicente, Cabo Verde, abril 2016. Para realizar muestreos en islas desiertas es necesario contar con el apoyo de pescadores locales. Fue el medio necesario para acceder a la isla de Santa Luzia, visible al fondo. Foto: Rafael Zardoya.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

http://theconecollector.com/. Un portal web con gran cantidad de recursos para aficionados y especialistas en conos. Incluye todos los números del boletín The Cone Collector así como acceso a la obra de referencia Röckel, Korn, & Kohn (1995) Manual of Living Conidae, por cortesía de la editorial ConchBooks (www.conchbooks.de). Pardos-Blas, J. R. (2019). ¿Qué hace un veneno como tú en un caracol como este? Los transcriptomas para el estudio de venenos en caracoles marinos. Naturalmente, 23, 44-48. http://revista.mncn.csic.es/nm23/44/. Una introducción al mundo de las conotoxinas apta para todos los públicos. Tenorio, M. J., Abalde, S., Pardos-Blas, J. R., & Zardoya, R. (2020). Taxonomic revision of West African cone snails (Gastropoda: Conidae) based upon mitogenomic studies: implications for conservation. European Journal of Taxonomy, (663). https://doi.org/10.5852/ejt.2020.663. Revisión ilustrada de la taxonomía de los conos de África Occidental basada en genomas mitocondriales.

Vargas, P., & Zardoya, R. (2012). El árbol de la Vida: Sistemática y Evolución de los Seres Vivos. https://digital.csic.es/ handle/10261/193541. En este libro se hace un recorrido por todo el árbol de la vida, ofreciendo los resultados más notables del análisis de la biodiversidad que hay sobre el planeta Tierra. Zardoya R., & Abalde, S. (2017) Conos, belleza venenosamente curativa. Naturalmente, 14, 15-20. http://revista.mncn.csic.es/nm14/15/. Una introducción a la diversidad de especies de conos apta para todos los públicos.

La diversidad de los caracoles cono

 quipo de investigación en Terrou-Bi, Dakar, Senegal, E julio 2015. De izda. a dcha.: Carlos Manuel L. Afonso (Universidade do Algarve), Rafael Zardoya (MNCN-CSIC) y Manuel J. Tenorio (Universidad de Cádiz). Al fondo, las Îles de la Madeleine. Foto: Amadou Gaye.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? El progreso de la humanidad únicamente se entiende a la luz de la ciencia, la cual no solo proporciona avances tecnológicos que nos permiten mejorar nuestra calidad de vida personal y como sociedad, sino que también es fuente de saber y cultura, pudiendo responder a nuestras preguntas más transcendentales. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? El reto científico ambiciona responder a las preguntas que surgen de nuestra insaciable

curiosidad y, en último término, enunciar las leyes naturales que gobiernan el mundo que nos rodea. La investigación avanza, con paso firme, sobre resultados previos, abriendo incesantemente nuevos caminos a la exploración. La emoción de descubrir es la principal motivación y recompensa del científico. En mi carrera investigadora, lo más impactante ha sido conocer la enorme diversidad de procedimientos y el refinamiento que tiene la evolución para generar nuevas especies y establecer complejas interacciones entre ellas de forma continua a lo largo de la historia del planeta. Rafael Zardoya

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EL PROYECTO FAUNA IBÉRICA

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MARÍA ÁNGELES RAMOS Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

MANUEL SÁNCHEZ RUIZ Unidad de Gestión Informática y Digitalización, MNCN-CSIC

La gestación del proyecto Fauna Ibérica, que se inició en el año 1988 y sigue vigente en la actualidad, está relacionada con un determinado contexto histórico: a nivel internacional, era una época en que se puso de manifiesto la aceleración de la pérdida de biodiversidad por efecto de la actividad humana, al tiempo que se descubría el alto grado de desconocimiento que tenemos de esa biodiversidad gracias a una serie de estudios cuyo objetivo era hacer estimaciones que permitieran cuantificar la cantidad de especies que habitan el planeta. A nivel nacional, era una época de revitalización de la ciencia española, que en el área de recursos naturales había permitido formar toda una generación de taxónomos de relieve internacional, a pesar de su juventud. Tras un largo periodo de estancamiento científico había llegado el momento de volver a estar en la vanguardia europea de investigación en biodiversidad. Los proyectos de investigación de la biodiversidad ibérica (floras y fauna) parten de iniciativas en las más altas instancias, la presidencia del CSIC con el apoyo de la Secretaría General de Investigación Científica y Técnica del ministerio de Educación y Ciencia. El lugar para llevarlo a cabo sería el Museo Nacional de Ciencias Naturales, por un lado, por su reciente revitalización como centro puntero de investigación en biodiversidad animal y por otro, por albergar

las colecciones zoológicas más importantes del país, tanto por el volumen de sus fondos como por su representación taxonómica, geográfica y temporal; el origen de estas colecciones y del propio Museo, se encuentra en el Real Gabinete de Historia Natural, creado por el rey Carlos III en el año 1771 (Ramos, 2007). El objetivo central del proyecto es la elaboración de un inventario bien documentado de la biodiversidad animal en el área íbero-balear. Pero la gran mayoría de dicha biodiversidad la componen los invertebrados (un 97 % de las especies), y para estos ni siquiera conocemos el número de especies que habitan esta área, por lo que hay que manejar estimaciones. El número de especies que habitan el área de estudio, así como los mares circundantes, se estima en unas 61 000 (Ramos & Templado, 2002). Un análisis de las especies descritas en el área íbero-balear entre 1994 y 2012 indica que el inventario de especies de la zona aún es incompleto y no permite conocer cuándo podría llegar a completarse, es decir, no podemos saber el número de especies que componen la fauna ibérica (Payo-Payo & Lobo, 2016). Para llevar a cabo un proyecto de estas características es necesario:

- E laborar los subproyectos de investigación nece uque oceanográfico García del Cid desde estribor. B Es el barco con el que se realizaron las campañas oceanográficas del proyecto Fauna Ibérica. Foto: D. Moreno.

sarios para abordar la generación de la información científica y documental que permita poder emprender el inventario documentado de cada grupo taxonómico.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«UNA PARTE IMPORTANTE DE ESTE MATERIAL SE ENCONTRABA YA EN LAS COLECCIONES DEL MUSEO, DONDE SE HAN DESCUBIERTO (Y SE SIGUEN DESCUBRIENDO) NUMEROSAS ESPECIES NO DESCRITAS»

- A nalizar la información científica y documental

generada y disponible, lo que permitirá establecer las bases para abordar el estudio de los patrones y causas de la biodiversidad animal ibérica.

- D ifundir y comunicar la información y documen-

tación generada a la comunidad científica y al público en general, siendo la edición de una serie de monografías científicas sobre cada uno de los distintos grupos animales (la serie Fauna Ibérica) la principal vía de difusión y objetivo de fondo del proyecto.

Para llevar a cabo la investigación en taxonomía y sistemática de los distintos grupos es necesaria la participación de especialistas en cada grupo, no siempre disponibles, por lo que una de las líneas básicas del proyecto siempre ha estado relacionada con la formación de dichos especialistas y el apoyo a su labor investigadora, cuya producción científica es objetivo prioritario del proyecto. La producción científica ha permitido un incremento sustancial de la tasa de descubrimiento y descripción de especies nuevas, incrementándose de unas 150 especies nuevas al año en los años 80-90, a superar las 200 especies nuevas hacia 2010. Aproximadamente un tercio de las nuevas descripciones están relacionadas de alguna forma con el proyecto Fauna Ibérica. A esto hay que añadir que cada año se descubren unas 300 especies descritas en otras zonas, que nunca habían sido citadas en el área íbero-balear. La investigación de la fauna ibérica pasa por el estudio de los ejemplares que la componen. Una parte importante de este material se encontraba ya en las colecciones del Museo, donde se han descubierto (y se siguen descubriendo) numerosas especies no descritas, que en ocasiones llevaban décadas durmiendo

entre sus fondos. También ha habido que muestrear aquellas zonas menos representadas para cada grupo zoológico y así obtener un conocimiento lo más completo posible de cada uno. Estos muestreos los puede organizar cada grupo de trabajo sin mucha dificultad para la fauna continental, no siendo tan sencillos los muestreos marinos, al resultar más complicados y costosos. Para estos últimos se diseñaron y organizaron cuatro campañas oceanográficas que permitieron recoger muestras de todas las costas de España peninsular y Baleares. También se había diseñado una campaña para las costas portuguesas, pero esta última nunca llegó a realizarse por falta de financiación, ajena a la voluntad y necesidad de la coordinación y de la comunidad científica. Todo ello ha contribuido a un importante incremento de las colecciones zoológicas del Museo Nacional de Ciencias Naturales, muy notable en algunos casos, y al estudio, organización y puesta al día de los grupos zoológicos en estudio dentro del proyecto. El proyecto Fauna Ibérica ha sido uno de los ejes que ha permitido la proyección internacional y equiparación del MNCN con las principales instituciones equivalentes en Europa. Baste como ejemplo que en el año 1995 fue invitado, junto con otras nueve instituciones europeas, para diseñar y fundar CETAF (Consortium of European Taxonomic Facilities), piedra angular de la investigación en taxonomía, museos de historia natural y jardines botánicos en Europa. Actualmente lo componen más de 70 instituciones de 22 países. Respecto a las nuevas tecnologías, como en otros muchos aspectos, Fauna Ibérica ha sido pionera al disponer de un portal web propio para la difusión de resultados y de información relacionada con la fauna ibérica desde 1997 (http://www.faunaiberica. es/); igualmente puso en marcha un banco de datos donde compendiar la taxonomía de la fauna ibérica (http://iberfauna.mncn.csic.es/) e incluir aquella información que no se recoge en la serie Fauna Ibérica ni en otras publicaciones científicas al uso.

El proyecto Fauna Ibérica

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Figura 1. Laevipilina cachuchensis Urgorri, García-Álvarez & Luque, 2005. Especie descrita a partir de material de las campañas oceanográficas de Fauna Ibérica. Será la primera vez que se obtienen imágenes en vivo de una especie del género. Foto: D. Moreno.

Figura 2. Captura de pantalla de la web de Fauna Ibérica.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Ramos, M. A. (2007). El estudio de la Fauna Ibérica. Arbor, 183(727), 771-791. https://doi.org/10.3989/arbor.2007. i727.141. Ramos, M. A., & Templado, J. (2002). Invertebrados no insectos. En J. M. Reyero (Ed.), La Naturaleza de España (pp. 190-207). Ministerio de Medio Ambiente. Payo-Payo, A., & Lobo, J. M. (2016). The unpredictable characteristics of the localities where new Iberian species will be discovered. Diversity and Distributions, 22: 73-82. https://doi.org/10.1111/ddi.12386.

 xpedicionarios de las campañas E Fauna en la pasarela del García del Cid, antes de salir de expedición. Foto: D. Moreno.

El proyecto Fauna Ibérica

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia genera el conocimiento que alberga ese gran banco de información contrastada y colectiva que es el conocimiento científico. Su aplicación práctica (la tecnología) nos permite desarrollarnos como sociedad para poder vivir en el mudo actual. Hoy en día no seríamos capaces de sobrevivir sin el apoyo de la tecnología. Por desgracia nuestra capacidad para aplicar ese conocimiento científico nos lleva a deteriorar el planeta a un ritmo jamás visto en la historia geológica, hasta el punto de poner en una situación muy crítica la supervivencia no solo de nosotros mismos como especie, sino del resto de la biodiversidad conocida y aquella aún por describir. La ciencia puede mostrarnos el camino a seguir integrados y respetando la naturaleza, de la que formamos parte, si algún día queremos de verdad seguirlo.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? La curiosidad por conocer y profundizar cada vez más en los detalles de un tema que te gusta es algo superior a tus fuerzas en muchas ocasiones. Esa sensación de contribuir a la generación de conocimiento científico es muy satisfactoria, de hecho es como entrar en un laberinto, donde de cada pregunta que consigues contestar surgen nuevas preguntas y nunca logras encontrar la salida. Es muy emocionante comprobar que la cantidad de formas, colores y comportamientos que se encuentra en la naturaleza es infinita, nunca te quedas con la sensación de haberlo conocido todo, constantemente hay algo desconocido que te sorprende y te muestra nuevos caminos. Como cuando estudias el material de un muestreo, encuentras ejemplares que no habías visto nunca y resultan ser una especie nueva para la ciencia. María Ángeles Ramos

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LA CONSERVACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD EN LOS MEDIOS HUMANIZADOS

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MARIO DÍAZ Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

El mundo es un lugar cada vez más humanizado. Llevamos aquí relativamente poco tiempo, unos doscientos mil años, pero ya somos muchos, miles de millones, y además nuestro impacto se amplifica cada vez más a través de nuestra tecnología. Este impacto es negativo sobre muchas especies, sin duda, pero no sobre todas. Todas las especies afectan de hecho a las demás, en mayor o menor medida, pero nosotros somos conscientes de estos efectos y podemos preverlos y modificarlos, dentro de unos límites, en función de nuestros deseos y necesidades. ¿Qué ocurre en los sistemas más humanizados? ¿Cómo podemos manejar estos sistemas para que alberguen comunidades diversas de organismos salvajes? ¿Por qué hacer una cosa así? Estas son las preguntas que han guiado mis líneas de investigación en las últimas décadas, partiendo de la base de que los procesos biológicos que actúan en los medios humanizados son los mismos que los que actuaban antes de que hubiese seres humanos. ¡No somos tan especiales! De este modo se puede aplicar el conocimiento desarrollado por la ecología y la biología evolutiva a comprender qué ocurre con los organismos salvajes en estos medios, por qué ocurre y cómo manejarlo eficazmente.  arbechos cubiertos, linderos, pastos permanentes, B árboles aislados y muros de piedra son esenciales para la conservación de la biodiversidad y la mitigación del cambio climático en sistemas de cereal extensivo españoles. Foto: Mario Díaz.

Las ciudades son los medios más humanizados. En ellas, la presencia casi constante de gente y sus mascotas y los contaminantes asociados a nuestras actividades (gases, partículas, ruido, luz nocturna, campos electromagnéticos, basura) suponen retos que solo unas pocas especies han logrado superar. No obstante, las que lo han conseguido se han hecho muy abundantes y cosmopolitas, especialmente en continentes tan humanizados como el nuestro. Estas ventajas están motivando que un número creciente de especies salvajes estén, de hecho, colonizando las ciudades, facilitando el contacto cotidiano de todos los ciudadanos –y no solo los que se escapan transitoriamente de ellas– con los procesos naturales. Por otro lado, las especies salvajes que llevan más tiempo con nosotros, como los gorriones comunes Passer domesticus, parecen estar en franco declive, pues algunas de las ventajas de las ciudades están cambiando muy rápidamente. Comprender estos cambios en términos de los procesos biológicos que los causan es el mejor modo de manejarlos, en beneficio tanto de los organismos salvajes con que compartimos las ciudades como en el nuestro. Estos organismos pueden ser indicadores de procesos que también nos pueden afectar negativamente, avisándonos con tiempo de los peligros (como los canarios que se bajaban a las minas de carbón para detectar gases nocivos), o ser fuente directa de beneficios culturales o mentales en las ciudades donde vivimos. Usando las aves como organismo modelo hemos propuesto recientemente protocolos para estimar los procesos locales que favorecen o perjudican a la biodiversidad urbana, y modos eficaces para que ciudadanos y

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«ESPECIES SALVAJES QUE LLEVAN MÁS TIEMPO CON NOSOTROS, COMO LOS GORRIONES COMUNES, PARECEN ESTAR EN FRANCO DECLIVE, PUES ALGUNAS DE LAS VENTAJAS DE LAS CIUDADES ESTÁN CAMBIANDO»

administraciones, además de científicos profesionales, puedan ejecutarlos (Díaz et al., 2021). El conocimiento de las causas locales, esencial en sistemas tan dinámicos y cambiantes como las ciudades, es el primer paso para beneficiarnos de manejos que aumenten eficazmente la biodiversidad urbana. Los cultivos, incluyendo las dehesas y otros sistemas de pastoreo extensivos y trashumantes, están menos humanizados que las ciudades, pero siguen estando marcados por sus usos humanos cambiantes. Son la fuente última de la mayor parte de nuestros alimentos cotidianos; por eso, la agricultura y la ganadería son sectores estratégicos: todos los gobiernos del mundo necesitan mantener una fuente autónoma de alimentos. En Europa, tras la Segunda Guerra Mundial, se estableció la Política Agraria Común (PAC), que rige el modo en que se utiliza la mayor parte de la superficie de Europa y gestiona casi la mitad del presupuesto de la Unión Europea (UE). De su objetivo inicial de mantener una agricultura autónoma que asegurase la alimentación de los europeos a precios razonables, en la actualidad se trata más bien de corregir los graves problemas medioambientales –contaminación, pérdida de biodiversidad, cambio climático y abandono rural, entre otros– y socioeconómicos –despoblamiento rural, aumento de las desigualdades regionales y especulación, entre otros– que causa. Estos problemas, derivados de la intensificación de las actividades agropecuarias para obtener la máxima producción posible, comprometen su propia viabilidad futura y además reducen o eliminan otros servicios fundamentales derivados de la agricultura, como la conservación de los suelos, de los paisajes culturales o incluso de la biodiversidad. La actividad agropecuaria ha ido ocupando extensiones crecientes del planeta, a las que se han ido adaptando gradualmente numerosos organismos salvajes, que se han beneficiado de los cuidados

que proporcionamos a nuestros cultivos y ganados. La intensificación agropecuaria de los últimos decenios está haciendo que sean estas especies, junto con las que viven en medios urbanizados, las que presentan peores perspectivas de conservación. Y estas perspectivas dependen del modo en que cultivamos la tierra, que a su vez depende de cómo se estructura la PAC. Tras décadas de investigación aplicada, sabemos en gran medida qué prácticas agropecuarias favorecen y cuáles desfavorecen la conservación de la biodiversidad en la mayor parte de los sistemas de cultivo españoles. Dado que estamos en pleno proceso de reforma de la PAC, dirigido a establecer una política agraria más sostenible y justa, hemos revisado el estado actual de conocimientos sobre estos temas, partiendo del consenso científico de que las medidas de conservación efectivas para los medios agropecuarios deben basarse en la definición de objetivos explícitos referidos a la biodiversidad en sistemas agrícolas y sus servicios ecosistémicos asociados, cuantificables a escala regional, un diseño a escala de paisajes agrícolas y un seguimiento y evaluación de dichos objetivos (Díaz y Concepción, 2016; Díaz et al., 2021; Seoane y Díaz, 2021). La conservación de la biodiversidad se ha basado hasta ahora en planes de manejo específicos para favorecer especies muy amenazadas, excluyendo los usos humanos que las perjudican. Este enfoque de exclusión de usos no sirve para las especies típicas de los medios humanizados, pues dependen precisamente del mantenimiento de actividades o sistemas de uso, cuya viabilidad socioeconómica debe ser muy tenida en cuenta para el desarrollo de propuestas de conservación eficaces. Esta aproximación integradora de aspectos ecológicos, económicos y sociales es muy reciente para medios agrícolas y ya está rindiendo resultados interesantes (Campos et al., 2013). Sin embargo, estas nuevas tendencias aún no están plenamente desarrolladas en los medios urbanizados, a pesar de su importancia creciente para el bienestar de la sociedad.

La conservación de la biodiversidad en los medios humanizados

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Figura 1. Algunos de los factores principales que afectan a las aves urbanas, según revisiones recientes. De derecha a izquierda, disponibilidad de lugares para criar y de alimento de calidad (insectos), depredadores ligados al hombre, presencia de personas y sus mascotas, cantidad y calidad de alimento, contaminación lumínica, acústica y atmosférica. No se representan directamente los efectos microclimáticos (indirectamente por la vegetación) o la contaminación electromagnética (indirectamente por la torre de comunicaciones). En Díaz et al. (2021). Figura 2. La falta de regeneración natural que compense la mortalidad de los árboles adultos es el principal problema de conservación a largo plazo de las dehesas arboladas, un hábitat protegido por la Directiva Hábitats europea por su alto valor de conservación a pesar de su carácter humanizado. Foto: Mario Díaz.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

PARA SABER MÁS

Campos, P., Huntsinger, L., Oviedo, J. L., Díaz, M., Starrs, P., Standiford, R. B., & Montero, G. (Eds.). (2013). Mediterranean Oak Woodland Working Landscapes: Dehesas of Spain and Ranchlands of California. Springer. Díaz, M., & Concepción, E. D. (2016). Enhancing the effectiveness of CAP greening as a conservation tool: a plea for regional targeting considering landscape constraints. Current Landscape Ecology Reports, 1, 168-177. Díaz, M., Concepción, E. D., Morales, M. B., Alonso, J. C., Azcárate, F. M., Bartomeus, I., ... & Velado-Alonso, E. (2021). Environmental objectives of the Spanish agriculture: Scientific guidelines for their effective implementation under the Common Agricultural Policy 2023-2030. Ardeola, 68(2), 445-460. https://doi.org/10.13157/arla.68.2.2021.fo1. Díaz, M., Ramos, A., & Concepción, E. D. (2021). Changing urban bird diversity: how to manage adaptively our closest relation with wildlife. Ecosistemas, 30. https://doi.org/10.13140/ RG.2.2.24140.74888. Seoane, J., & Díaz, M. (2021). «Una política agraria sostenible y justa: Recomendaciones de la ciencia» [Infografía]. https://view.genial. ly/6061e180cb87f60cf056ee83.

La conservación de la biodiversidad en los medios humanizados

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Prever los cambios y prevenirlos cuando son desconocidos, es cosa de la ciencia; resolver, más o menos deprisa, los ya conocidos es cosa de la técnica. Sin ciencia no hay futuro, como demuestra la que nos está cayendo. Necesitamos la asesoría de los mejores científicos para tomar decisiones difíciles en tiempos cambiantes, pues la ciencia es lo más parecido que existe a una bola de cristal. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Investigar en lugares nunca antes visitados por seres humanos, como los tepuis de Chiribiquete,

en la Amazonía colombiana, fue un raro privilegio, de los que marcan a los naturalistas como yo. Pero también lo es contribuir a compaginar nuestra presencia y actividad cotidiana con la de los organismos salvajes con los que compartimos ciudades y cultivos. Vivimos en un universo interactivo, en el que algunos de los nudos de la red de interacciones destacan sobre el resto por su capacidad de amplificar sus efectos a través de esa red. Aquí y ahora nosotros somos uno de esos nudos destacados, pero la historia demuestra que estas situaciones cambian, y muy deprisa a escala geológica. Seamos prudentes y humildes en el uso de un poder que se deriva de una posición tan privilegiada como, muy probablemente, efímera.

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GENÉTICA Y REPRODUCCIÓN DE ESPECIES AMENAZADAS

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EDUARDO ROLDÁN Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Existe en nuestro planeta una enorme diversidad de especies. En la actualidad, esta biodiversidad está desapareciendo a un ritmo nunca visto antes. En buena medida, la especie humana es responsable de este ritmo alarmante de pérdida de biodiversidad y, a menos que hagamos algo ahora mismo, la situación será irreversible. Esta crisis nos afectará a nosotros mismos, en nuestra capacidad de supervivencia. Por ello, además de la responsabilidad que tenemos por ser la causa de este enorme impacto sobre el planeta, el problema incide en nosotros ya que influye directamente sobre nuestra alimentación y nuestra salud. Es de máxima importancia, por tanto, entender las consecuencias de la pérdida de biodiversidad. Probablemente la causa más relevante de pérdida de diversidad es la reducción de hábitat natural, en buena medida por la expansión de la agricultura, aunque este no es el único motivo. Hay una variedad de hábitats en todo el mundo que se están volviendo cada vez más pequeños. Se estima que en los últimos 50 años se ha producido una reducción del 70 % del hábitat natural en todo el planeta. Esto

 ehículo del Banco de Germoplasma V de Especies Silvestres (Ministerio de Medio Ambiente-CSIC), cedido por Ford-Novauto, empleado como laboratorio móvil y desplazamiento a centros de cría de lince ibérico y gacelas norafricanas. Centro de Cría de Lince Ibérico El Acebuche, Parque Nacional de Doñana. Foto: Eduardo Roldán.

conduce a que las poblaciones animales se reduzcan más y más. Otra causa relevante que afecta a la diversidad, especialmente en algunas regiones, es el exceso de caza como fuente de alimento. También la caza ilegal de algunas especies puede ejercer una presión enorme. Esto puede producirse en ausencia de degradación del hábitat. Otro factor importante puede ser la expansión de enfermedades infecciosas en algunas especies o en aquellas que son su fuente de alimento. Por ello, las posibles soluciones son a veces independientes de una restauración del hábitat. La disminución del número de individuos de una especie conduce a apareamientos entre animales emparentados. Esta situación da lugar a un aumento de la consanguinidad, lo que tiene una serie de efectos sobre la supervivencia y la reproducción de los individuos. Un aumento de la infertilidad se traduce en una disminución adicional del número de individuos agravando aún más el problema. Es necesario, por lo tanto, conocer el efecto que tiene el aumento de la consanguinidad sobre la anatomía y la fisiología de los organismos y cómo compromete su capacidad de supervivencia y de dejar descendencia. Nuestros estudios han examinado los efectos de la consanguinidad y el descenso de variabilidad genética sobre parámetros fisiológicos, incluidos los relacionados con la reproducción. Para estos estudios se utilizó información de las genealogías de los programas de cría en cautividad. Muchas veces se desconoce el grado de parentesco de los fundadores de

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

«UNA OPCIÓN PARA AYUDAR A LA CONSERVACIÓN DE ESPECIES ES LA PUESTA EN MARCHA DE PROGRAMAS DE CRÍA EN CAUTIVIDAD, ÚTILES PARA CONOCER LA BIOLOGÍA DE LAS ESPECIES AMENAZADAS Y PARA CRIAR INDIVIDUOS QUE SE REINTRODUCEN EN EL MEDIO NATURAL»

estos programas, que pueden provenir de grupos pequeños y ya emparentados, por lo que la consanguinidad puede ser de hecho mayor que la calculada. Para solventar esta limitación, y para caracterizar la situación de especies en la naturaleza de las que no se conoce su genealogía, se recurre al estudio de marcadores moleculares como los microsatélites. Los métodos de análisis se basan en técnicas de biología molecular y cálculos para estimar la diversidad genética de las poblaciones. Por otra parte, se caracterizan parámetros fisiológicos, en particular aquellos que son determinantes de la fertilidad, como puede ser la calidad espermática. Idealmente, sería conveniente analizar el éxito reproductivo de los animales en la naturaleza, pero esto tiene limitaciones, en par­ ticular para los machos, porque es difícil asignar paternidad con certeza. Por ello, se recurre a una serie de análisis de laboratorio. Muchos estudios, incluyendo los realizados por nosotros, muestran claramente un impacto negativo de la consanguinidad sobre la función reproductora y la fertilidad. En particular, existe un descenso en el número de espermatozoides, en su motilidad y un aumento en anormalidades espermáticas. En cuando a los posibles remedios, se han propuesto varias opciones. Teniendo en cuenta que la reducción del hábitat tiene un impacto importante, se ha defendido la idea de que restaurar el medio natural es suficiente para la recuperación de especies amenazadas. Desgraciadamente, cuando el grado de declive de poblaciones es muy marcado, estas medidas no son suficientes. En estos casos es necesario recurrir a otras medidas e intervenir para almacenar el acervo genético de las especies y mediante el desarrollo de técnicas de reproducción asistida.

Una opción para ayudar a la conservación de especies es la puesta en marcha de programas de cría en cautividad. Estos programas son útiles para conocer la biología de las especies amenazadas y para criar individuos que se reintroducen en el medio natural. Hemos contribuido a los programas de cría de tres gacelas norafricanas que gestiona el CSIC. También en la organización e implementación del programa de cría del lince ibérico que, en la actualidad, constituye un esfuerzo binacional con Portugal y tiene carácter multicéntrico, multirregional. Otra estrategia es el desarrollo de bancos de recursos biológicos para preservación del máximo de diversidad genética a través de obtención y almacenamiento de biomateriales. Pueden conservarse tejidos y fluidos para estudios futuros de parámetros biológicos o para estudios del genoma. Los recursos biológicos más valiosos son los gametos y embriones, así como tejido somático, que pueden conservarse criopreservados. En necesario desarrollar métodos fiables para obtener, evaluar, procesar y almacenar estos materiales para asegurar su supervivencia. Hemos realizado contribuciones importantes para la criopreservación y evaluación de esperma de especies de ungulados y felinos. Estos biomateriales se emplean a través de técnicas de reproducción asistida, como la inseminación artificial, la fecundación in vitro o el trasplante de embriones, entre otras. Para utilizarlas, es necesario conocer la endocrinología y la fisiología de la reproducción, que difieren marcadamente entre especies. En algunos casos, las especies domésticas pueden ser un modelo útil del cual se puede partir. En nuestro Museo hemos organizado un Banco de Germoplasma y Tejidos de especies silvestres con el fin de contribuir a la conservación de especies amenazadas. Los trabajos realizados en los últimos 25 años nos han permitido desarrollar protocolos de criopreservación de semen de especies de gacelas y también de lince ibérico y otros felinos. Hemos analizado la capacidad fecundante de los gametos criopreservados a través de fecundación in vitro y

Genética y reproducción de especies amenazadas

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Figura 1. Primera cría de gacela nacida en el mundo mediante inseminación artificial con semen congelado. Foto: Gerardo Espeso/EEZA/MNCN.

Figura 2. Espermatozodes de gacela dama observados mediante microscopía electrónica de barrido. Foto: BanGES/MNCN.

Figura 3. Espermatozoides de lince ibérico examinados usando microscopía de contraste de fases. Foto: BanGES/MNCN.

Figura 4. Embrión híbrido de 2 células obtenido mediante fecundación in vitro de un óvulo de gata domestica madurado in vitro y espermatozoides de lince ibérico criopreservados. Pueden observarse varios espermatozoides todavía presentes en la cubierta del óvulo. Esta técnica se emplea para evaluar la capacidad fecundante de los espermatozoides conservados en el Banco de Germoplasma y Tejidos del MNCN. Foto: BanGES/MNCN.

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LA BIODIVERSIDAD, NUESTRA RIQUEZA NATURAL

puesto a punto diversas técnicas de análisis de laboratorio. Nuestro trabajo ha conducido a la primera cría de gacela nacida en el mundo utilizando inseminación artificial y semen congelado. También hemos contribuido al nacimiento de los primeros mellizos de panda gigante obtenidos por inseminación artificial. Con estos esfuerzos hemos dotado a nuestro Museo de una estructura única en el mundo, que no existe en ningún otro museo de ciencias naturales, y que contribuye a conocer la diversidad biológica y a conservarla.

PARA SABER MÁS

Roldán, E. R. S., & Garde, J. J. (2004). Biotecnología de la reproducción y conservación de especies en peligro de extinción. En Los retos medioambientales del siglo xxi. La conservación de la Biodiversidad en España (pp. 283-308). Fundación BBVA. Roldán, E. R. S., & Gomendio, M. (2009). Sperm and conservation. En T. R. Birkhead, D. J. Hosken & S. Pitnick (Eds.), Sperm Biology: An Evolutionary Perspective. Academic Press. Roldán, E. R. S., Gomendio, M., Garde, J. J., Espeso, G., Ledda, S., Berlinguer, F., ... & González, R. (2006). Inbreeding and reproduction in endangered ungulates: Preservation of genetic variation through the organization of genetic resource banks. Reproduction in domestic animals, 41 (Suppl. 2), 82–92. Roldán, E. R. S., Gomendio, M., Garde, J. J., Gañan, N., González, R., Crespo, C., & Arregui, L. (2009). A Genetic Resource Bank and assisted reproduction for the critically endangered Iberian lynx. En A. Vargas, C. Breitenmoser & U. Breitenmoser (Eds.), Iberian Lynx Ex Situ Conservation: An Interdisciplinary Approach. Fundación Biodiversidad / IUCN Cat Specialist Group.

 quipo de investigación internacional del proyecto E sobre reproducción de ungulados en peligro de extinción (RUPEX) integrado por investigadores del Museo (Eduardo Roldán, Raquel González), del Instituto de Investigación en Recursos Cinegéticos (CSIC-UCLM-JCCM), de la Estación Experimental de Zonas Áridas (CSIC), de la Universidad de Murcia y de la Universidad de Sassari (Italia). Foto: Eduardo Roldán.

Genética y reproducción de especies amenazadas

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La investigación científica es un modo de vida. La ciencia consiste en hacer preguntas y en diseñar maneras de responderlas. Nos da una forma sistemática de aproximarnos a la naturaleza, interrogarla, a veces modificarla y en muchos casos aprovecharla. Es difícil hablar de la ciencia, o de una investigación, ya que los objetos de estudio, y las herramientas que empleamos, son diversos. Si bien no admitimos que cualquier cosa vale, es importante reconocer un pluralismo de aproximaciones científicas y explorar diversas hipótesis en el camino. En general, la ciencia nos sirve para comprender causas, haciendo preguntas del estilo ¿qué?, ¿cómo? o ¿por qué? Pero también nos ayuda a tomar decisiones, a responder a la pregunta ¿para qué? Así, en un marco social y político, el conocimiento que nos aporta la ciencia, y los beneficios de su aplicación, pueden distribuirse a toda la sociedad y servir a la preservación de la naturaleza.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Hay varios aspectos que considero importantes. Me ha dado la oportunidad de aprender sobre el mundo en el que estamos hoy, sobre mundos pasados, y también especular sobre los posibles mundos futuros. Me ha otorgado la posibilidad de compartir esta aventura con compañeros de viaje, contemporáneos y otros que me precedieron, con quienes contrastar ideas y explorar oportunidades; muchas veces se aprende más de quien no razona como nosotros. Me ha brindado el privilegio de participar en la formación y mentorización de quienes han decidido explorar un camino en la ciencia. Me ha permitido participar en proyectos estimulantes de generación de conocimiento en biología y contribuir a iniciativas de conservación de especies amenazadas, teniendo así la ocasión de abordar un espectro muy amplio de actividades personales y al servicio de la sociedad.

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BIODIVERSIDAD, ESTRA RIQUEZA TURAL

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

UN PLANETA DE 4.000 MILLONES DE AÑOS

SOBREVIVIR AL INVIERNO

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LUIS MARÍA CARRASCAL Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

El invierno es el periodo del año más limitante para las aves en zonas templadas. A las condiciones climáticas más severas se une la mayor duración de la noche y la menor disponibilidad de alimento, derivada de la disminución de la productividad ambiental y la mayor dificultad a su acceso por precipitaciones (principalmente de nieve) o heladas. Todo ello determina que la supervivencia de las aves se vea muy comprometida debido a un balance energético negativo, considerando el mayor gasto metabólico por las bajas temperaturas, y la menor cantidad de comida disponible y menos tiempo para obtenerla. Este fenómeno se ve exacerbado en los pájaros de pequeño tamaño, ya que la relación superficie/volumen corporal es muy grande y disipan mucho más calor. En este contexto he desarrollado mi actividad de investigación junto con otros colegas desde 1990, trabajando tanto a nivel experimental en la Estación Biológica de El Ventorrillo, como realizando trabajo de campo en los bosques de la sierra de Guadarrama. Hemos encontrado que la talla corporal de las aves es un importantísimo determinante de las variaciones interespecíficas de la densidad que las especies pueden alcanzar en sus hábitats preferidos. Además, la talla corporal interacciona con la estructura de la vegetación que las aves utilizan, limitando qué hábitats y sustratos pueden ser o no empleados. Por otro lado, la morfología de las

La Jarosa, Madrid. 2013. Foto: Luis M. Carrascal.

aves limita sus modos de locomoción y, por tanto, su uso del espacio y nicho espacial. La explotación de diferentes sustratos dentro de un bosque está íntimamente asociada al diseño y estructura de las patas (huesos, músculos y tendones), la separación ecológica interespecífica se relaciona estrechamente con la diferenciación morfológica y la amplitud de nicho se correlaciona positivamente con la falta de especialización morfológica. Respecto al control de las reservas energéticas y el estado nutricional durante el invierno, nuestros principales resultados han contribuido a esclarecer cómo se modulan dichas reservas considerando la variación en la duración del día asociada con la situación geográfica, la interacción con el riesgo de depredación, el coste de vuelo, el estrés ambiental y la competencia intra e interespecífica. Así, hay un fino balance de costes-beneficios en la obtención de reservas grasas durante el invierno. Unas reservas altas aseguran la supervivencia frente a inclemencias meteorológicas sobrevenidas, como son los temporales fríos, pero dificultan el vuelo reduciendo la maniobrabilidad y la velocidad, de manera que aumentan las probabilidades de morir frente a un ataque de depredación. Este conflicto de intereses entre «comer y no ser comido» condiciona el modo de ganar peso a lo largo del día: las aves retrasan al final de la tarde el engorde, especialmente en los días menos fríos del invierno. Un sorprendente resultado de nuestra investigación, muy poco reflejado en la literatura científica, es el

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«EL CONFLICTO DE INTERESES ENTRE "COMER Y NO SER COMIDO" CONDICIONA EL MODO DE GANAR PESO A LO LARGO DEL DÍA» importante papel que tiene la explotación del mosaico sol-sombra para minimizar los costes de termorregulación y su interacción con el riesgo de depredación. La variación espacial y diaria en el uso del espacio utilizando ese mosaico de sol-sombra, es consistente con una gestión de demandas que entran en conflicto: por un lado, el ahorro de energía reduciendo los costes metabólicos de termorregulación al exponerse al sol; y, por otro, el riesgo de depredación debido a la mayor visibilidad y menor cripsis, o capacidad para ser percibidos, en esos parches soleados. La radiación solar no solo constituye una fuente de calor para las aves, sino que mejora las condiciones de forrajeo a través de una mejor capacidad perceptiva, una mayor producción de frutos y la activación de los artrópodos adormecidos en invierno. La cantidad de insolación recibida en un punto del bosque dependerá de la orientación cardinal de la ladera de la montaña en la que se sitúe, pero también de la sombra proyectada por el relieve y la vegetación. Esto hace que la insolación sea un factor clave en la distribución, densidad y actividad de las aves forestales en invierno. A una escala espacial más fina, hemos observado que la radiación solar genera un mosaico de sol y sombra que puede resultar en grandes diferencias de temperatura percibida entre puntos muy cercanos en el espacio. También a esta escala encontramos que, para alimentarse, las aves eligen las ramas de los árboles con temperatura más alta donde minimizan la pérdida de calor.

PARA SABER MÁS

Carrascal, L. M., & Alonso, C. L. (2006). Habitat use under latent predation risk. A case study with wintering forest birds. Oikos, 112, 51-62. Carrascal, L. M., Díaz, J. A., Huertas, D. L., & Mozetich, I. (2001). Behavioral thermoregulation by treecreepers: tradeoff between saving energy and reduced crypsis. Ecology, 82, 1642-1654. Carrascal, L. M., & Polo, V. (1999). Coal tits, Parus ater, lose weight in response to chases by predators. Animal Behaviour, 58, 281-285. Carrascal, L. M., Santos, T., & Tellería, J. L. (2012). Does day length affect winter bird distribution? Testing the role of an elusive variable. PLoS ONE, 7(2), e32733. Moreno, E., & Carrascal, L. M. (1993). Leg morphology and feeding postures in four Parus species: an experimental ecomorphological approach. Ecology, 74, 2037-2044. Polo, V., Carrascal, L. M., & Metcalfe, N. B. (2007). The effects of latitude and day length on fattening strategies of wintering coal tits (Periparus ater L.): a field study and aviary experiment. Journal of Animal Ecology, 76, 866-872. Villén-Pérez, S., Carrascal, L. M., & Seoane, J. (2013). Foraging patch selection in winter: a balance between predation risk and thermoregulation costs. PLoS ONE, 8(7), e68448.

Sobrevivir al invierno

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INSOLACIÓN Ganancia de calor por radiación

BAJA TEMPERATURA DEL AIRE Pérdida de calor por conducción

NIEVE Cobertura de los sustratros de forrajeo

Extensión del periodo nocturno de ayuno

VIENTO Pérdida de calor por convección

ESCASEZ DE RECURSOS TRÓFICOS

Acortamiento del periodo diurno de forrajeo

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Figura 1. El panorama invernal de un pequeño pájaro forestal. Figura 2. Herrerillo capuchino Lophophanes cristatus alimentándose en la Estación Biológica El Ventorrillo. Foto: Luis M. Carrascal.

Figura 3. Trepador azul Sitta europaea alimentándose en la Estación Biológica El Ventorrillo. Foto: Luis M. Carrascal.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

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En el trabajo de campo es fundamental la captura de individuos para su marcaje individual mediante trampas que no les hagan daño y permitan su recaptura (Figura 4_1), y la medición detallada de la temperatura y radiación mediante sensores de pequeño tamaño (Figura 4_2). Fotos: Luis M. Carrascal.

Sobrevivir al invierno

 aderas de robledales de Quercus pyrenaica de L la sierra de Guadarrama que crean un mosaico de sol-sombra a diferentes horas del día, y que los pájaros rastrean para minimizar los gastos de termorregulación. Foto: Luis M. Carrascal.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Conocimiento para entender los finos determinantes ecológicos, morfológicos y fisiológicos de la distribución y abundancia de los organismos, y de esa manera poder contribuir a su conservación y gestión frente a los impactos humanos y ambientales naturales.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Poder dar respuesta a preguntas motivadas por mi curiosidad acerca de por qué los animales están donde y cuando están, con la abundancia que tienen. Y llevado a cabo en pleno contacto con la naturaleza, donde el trabajo introspectivo en soledad permite combinar la propia creatividad con el conocimiento previo generado por otros colegas. Seguro que olvidaré los papers exitosos y los no publicados, pero nunca los hermosos y fríos amaneceres y atardeceres entre pájaros y bosques, observando cómo gestionaban difíciles situaciones de supervivencia.

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EN UN PAÍS DONDE LAS AVES DESAPARECEN

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JUAN JOSÉ SANZ CID Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

En nuestros días, cualquiera que de forma regular huya del asfalto se dará cuenta que la naturaleza es dinámica y cambiante con el paso del tiempo. Nada es estable y todo gira en torno a un ciclo natural constante y sincrónico. Entre lo que hoy denominamos biodiversidad, uno puede disfrutar de unos seres alados que tanto nos asombran por su colorido, variedad de formas (o adaptaciones), cantos o comportamientos. Sí, estamos hablando de las aves, ¡esos organismos envidiables que son capaces de volar! Esa capacidad de desplazamiento les ha permitido adaptarse a las condiciones ambientales de forma precisa. Hay especies que son residentes y se las puede ver todo el año en los mismos lugares. En este grupo de especies, son los juveniles los que suelen hacer movimientos dispersivos para establecer nuevos territorios en los hábitats más idóneos, aunque la mayoría intentará establecer este territorio en los lugares donde nació. En otras especies hay movimientos de «nomadeo» buscando las mejores condiciones para sobrevivir y reproducirse. Así, hay especies que, dependiendo de la disponibilidad de alimento o las condiciones meteorológicas, son más o menos abundantes en distintos años y localidades. Por último, hay un buen número de especies que realizan movimientos altitudinales o latitudinales regulares a lo largo del año entre áreas reproductivas e invernales. Un aspecto que ha  igüeña común Ciconia ciconia en su C nido en un pueblo toledano. Esta especie cada vez es más frecuente que pase el invierno en nuestras latitudes y no realice el viaje migratorio a África. Foto: Juan J. Sanz.

asombrado a los científicos es la capacidad de que, a pesar de desplazarse grandes distancias, muchos individuos son capaces de regresar exactamente a la misma localidad para reproducirse o invernar. Este hecho se denomina científicamente filopatría. ¿Cómo son capaces de llevar a cabo esto? Podemos visitar una laguna, un bosque o una estepa en invierno y observar que hay unas especies de aves que en algunos casos difieren de las que se ven en primavera o verano. Este movimiento de las especies es uno de los procesos naturales que más ha asombrado al ser humano. Siguiendo las cuatro preguntas del etólogo y premio Nobel, Nikolaas Tinbergen, vamos a conocer un poco más sobre este comportamiento: ¿cuál es la causa?, ¿cómo contribuye a la supervivencia y éxito reproductor de estos animales?, ¿cómo se desarrolla este comportamiento en la vida de las aves?, y ¿cómo ha evolucionado? Ya hace más de dos siglos se conocía que las aves realizaban migraciones. Así, Aristóteles anotó que se podía observar en otoño a miles de tórtolas que venían del norte adentrarse en el mar sin saber bien hacia dónde iban. Incluso, en la Edad Media, se pensaba que las golondrinas comunes se juntaban en invierno en los humedales para enterrarse en el barro y así pasar el invierno. A principios del siglo xix, un aristócrata alemán pudo capturar a una cigüeña común y observó que tenía clavada una lanza de una tribu del oeste de África. Así se pudo determinar que ciertas especies estivales en Europa pasaban el invierno en el continente africano. No fue hasta finales del

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«A PESAR DE DESPLAZARSE GRANDES DISTANCIAS, MUCHOS INDIVIDUOS SON CAPACES DE REGRESAR EXACTAMENTE A LA MISMA LOCALIDAD PARA REPRODUCIRSE O INVERNAR»

mismo siglo que un ornitólogo danés puso una anilla con una inscripción a los estorninos de su ciudad para conocer los desplazamientos de los mismos. Así nació el anillamiento científico, que ha permitido tras la captura, anillamiento y recaptura de las aves, conocer las rutas migratorias de casi todas las especies. Así hoy día sabemos que hay incluso una especie, el charrán ártico, que es capaz de vivir en una «eterna primavera» al migrar entre Groenlandia y la Antártida dos veces al año. Es decir, un pájaro de unos 100 gramos de peso realiza un viaje anual de unos 71 000 km, ¿no es maravilloso? Hoy se utilizan lo que denominamos nuevas tecnologías, como pueden ser los emisores satelitales o mini GPS, para describir las rutas migratorias con una precisión absoluta. El origen de este comportamiento no está claro del todo y se está investigando por qué dentro de una misma especie hay individuos que realizan estas migraciones y otros no. Parece ser que la característica de algunos individuos determina que realicen o no estos viajes migratorios. Las aves invernantes o estivales de nuestras latitudes realizan la migración buscando los recursos necesarios para asegurar una adecuada probabilidad de supervivencia a los individuos. Para llevar a cabo esta migración, las aves necesitan tener unas adaptaciones morfológicas y fisiológicas que les permitan realizar estos vuelos de unos miles de kilómetros. Así, las golondrinas comunes poseen un perfil alar que les permite realizar estos «viajes» con el menor coste energético y poder además alimentarse de miles de insectos voladores durante el mismo. Algunas especies son capaces de acumular grandes reservas de grasa para tener combustible durante los largos días de vuelo durante la migración, o incluso reducir su peso corporal acortando, por ejemplo, la longitud del intestino antes de iniciar el viaje migratorio. Otro aspecto que permite estos vuelos de miles

de kilómetros al año es que las aves poseen mecanismos de navegación precisos. Sabemos que las aves, al igual que otros animales como algunas mariposas, poseen en el ojo unas moléculas llamadas Cry4 que pertenecen al grupo de los criptocromos, que les permite detectar el campo magnético y así poder saber exactamente dónde están y hacia donde vuelan, ¡un GPS natural! Además, las aves tienen unos ritmos endógenos (cambios fisiológicos) que les permiten determinar cuándo deben iniciar este viaje. Estos cambios endógenos se ven inducidos por «pistas», como pueden ser cambios naturales en el fotoperiodo, la disponibilidad de alimento o las condiciones meteorológicas. Finalmente, sabemos que existe un componente genético que permite realizar este comportamiento migrador y, además, existe un componente de aprendizaje desde los más experimentados hacia los jóvenes para «enseñarles» cuáles son las mejores rutas migratorias, como ocurre en el caso de la grulla común. La migración de las aves está dejando de ser un misterio que asombra al ser humano y cada vez son mejor conocidos por la ciencia los mecanismos que subyacen tras este comportamiento. Sin embargo, hoy día sabemos que el reciente cambio global, con el cambio climático y la destrucción del hábitat como principales motores, está afectando al calendario natural de estos animales y hay especies como la cigüeña común, por ejemplo, que ya no realizan este comportamiento... ¿queremos ser los responsables de esta alteración del calendario natural?

PARA SABER MÁS

Winkler, D. W., Shamoun-Baranes, J., & Piersma, T. (2016). Avian Migration and Dispersal. En I. J. Lovette & J.W. Fitzpatrick (Eds.), Handbook of bird biology (3.ª ed., pp. 453-494). The Cornell Lab of Ornithology.

EN UN PAÍS DONDE LAS AVES DESAPARECEN

 olondrina común Hirundo rustica posada G cerca de su nido tras el viaje migratorio de 3500 km desde el Sahel, África, hasta el centro de la península ibérica. Foto: Juan J. Sanz.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Nos aporta explicaciones basadas en certidumbres y no en creencias. La ciencia, a partir de una metodología establecida (método científico), es capaz de proponer o rechazar explicaciones de cómo es el mundo y cuáles son sus mecanismos de funcionamiento. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Mi interés por la ciencia arranca por mi fascinación por las aves, esos «nómadas

del viento» que presentan unas adaptaciones increíbles para sobrevivir. La investigación me ha permitido explicar el cómo y el porqué de algunos de sus comportamientos a la hora de obtener descendencia, y poder demostrar cómo les afectan factores ambientales externos. Si no nos quedamos en la descripción de lo observado, sino más bien intentamos explicarlo bajo una perspectiva evolutiva, descubriremos que el mundo que nos rodea es fascinante y debemos como especie plantearnos (porque nosotros podemos hacerlo) que merece la pena conservarlo.

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LA IMPORTANCIA DEL PARASITISMO

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SANTIAGO MERINO RODRÍGUEZ Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

Se estima que más de la mitad de los seres vivos que pueblan el planeta son parásitos al menos en algún momento de su ciclo vital. Esto implica que son una parte muy importante de los ecosistemas y se ha comprobado que representan una gran cantidad de biomasa a pesar de que en su mayoría no son visibles a simple vista. Además, se sabe que los parásitos juegan papeles fundamentales en los ecosistemas, provocando la renovación de nutrientes o facilitando interacciones como la depredación (Merino, 2013). El parasitismo es una asociación más o menos permanente entre dos organismos en la que uno de ellos se beneficia (el parásito) mientras que otro puede salir dañado (el hospedador). También se ha descrito como una relación de explotación entre organismos en la que suele existir un único organismo hospedador para el individuo que lo parasita y en la que rara vez se produce la muerte del hospedador por efecto directo del parásito (Bush et al., 2001). Estas definiciones generales, sin embargo, se cumplen solo en función de ciertos factores que afectan a la virulencia de la relación entre parásitos y hospedadores. Estos factores, en general, implican que todo parásito explotará al máximo a su hospedador

 l aislamiento en las islas genera nuevas especies E y en muchos casos puede reducir la presencia de parásitos. En la imagen un takahē Porphyrio hochstetteri, una especie de calamón gigante de Nueva Zelanda. Foto: Santiago Merino.

incluso produciéndole la muerte si 1) las posibilidades de transmisión del parásito a otro hospedador son elevadas (por ejemplo, en una situación de alta densidad de población donde es sencillo el contagio) y 2) su capacidad de explotación de los recursos del hospedador no está limitada (por ejemplo, mediante mecanismos de defensa del hospedador como la respuesta inmunitaria) (Merino, 2013). Los parásitos representan un factor selectivo de gran importancia para sus hospedadores estableciendo con ellos carreras de armamento evolutivas en las que cada adaptación del hospedador para evitar o reducir el parasitismo suele provocar una contra-adaptación en el parásito para continuar explotando con éxito a su hospedador. La situación habitual en la naturaleza es encontrarnos un único individuo hospedador siendo atacado por múltiples especies de parásitos que compiten entre sí por los recursos del hospedador. Sin embargo, conocer todos estos parásitos y sus efectos reales sobre los animales silvestres no es sencillo. Por un lado, en la naturaleza los animales afectados con severidad por enfermedades parasitarias no suelen estar disponibles para la investigación, ya que suelen ser depredados o morir por los efectos de la enfermedad antes de que se pueda acceder a ellos para estudiar los efectos que los parásitos les producen. Lo que solemos encontrarnos en la naturaleza son animales que aun siendo afectados por los parásitos, son todavía capaces de soportar sus efectos y seguir desarrollando una vida más o menos normal. Eso no significa que los parásitos no les estén causando algún daño y un estudio riguroso

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«HEMOS COMPROBADO QUE LOS PARÁSITOS SANGUÍNEOS QUE CAUSAN MALARIA AVIAR SON CAPACES DE VARIAR SU PROPORCIÓN DE SEXOS PARA ASEGURAR LA TRANSMISIÓN EXITOSA EN EL MOSQUITO VECTOR»

puede mostrar la pérdida de valor adaptativo (fitness) que los parásitos causan en estos hospedadores. Nuestro grupo de investigación ha desarrollado a lo largo de los años multitud de estudios para demostrar experimentalmente los efectos de distintos tipos de parásitos en poblaciones de animales silvestres, principalmente en aves. Así hemos podido demostrar que los distintos tipos de parásitos reducen el número de volantones que las aves producen cada año o cómo se ve afectada la capacidad de supervivencia de las aves infectadas. Así fuimos pioneros en la demostración experimental de que las infecciones por parásitos sanguíneos disminuyen el éxito reproductivo de las aves (Merino et al., 2000) y su supervivencia (Martínez de la Puente et al., 2010), cuestiones de gran interés por ser premisas necesarias en la hipótesis de Hamilton y Zuk (1982), que inicialmente se apoyó en estudios de parásitos sanguíneos y caracteres sexuales secundarios de aves. Esta hipótesis plantea que los ornamentos sexuales en los seres vivos son una manera de mostrar la resistencia frente a enfermedades del portador del ornamento, de manera que exhibe su capacidad para superar o soportar los efectos de la enfermedad a posibles parejas. También hemos podido comprobar cómo los parásitos despliegan distintas estrategias adaptativas que les permiten transmitirse con éxito entre individuos. Por ejemplo, hemos comprobado que los parásitos sanguíneos que causan malaria aviar son capaces de variar su proporción de sexos para asegurar la transmisión exitosa en el mosquito vector. Es decir, mediante cambios en la proporción de sexos los parásitos sanguíneos conseguían asegurar que machos y hembras llegaran al mosquito y pudieran aparearse y completar su ciclo vital aun en condiciones de baja densidad parasitaria causada por las defensas del hospedador (Merino et al., 2004).

En los últimos años hemos estudiado el impacto que el cambio climático puede tener sobre la extensión de enfermedades mediante la variación experimental del microclima dentro del nido para comprobar cómo este cambio afecta a las poblaciones de aves y sus parásitos, así como a su interacción. En este sentido hemos podido comprobar que el aumento de la temperatura dentro de los nidos afecta negativamente a las poblaciones de ectoparásitos que atacan a los polluelos de las aves (Castaño-Vázquez et al., 2018), aunque esta respuesta puede variar en función de las condiciones medioambientales, siendo en general más severos los efectos del incremento de temperatura en las zonas climáticas más áridas (Castaño-Vázquez et al., 2021). Estos datos son de interés en el actual escenario de cambio climático en el que se prevé que enfermedades habitualmente restringidas a ambientes más tropicales puedan extenderse en áreas de clima templado.

La importancia del parasitismo

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Figura 1. El estudio de la distribución de parásitos sanguíneos nos ha llevado a trabajar con especies como esta cachaña Enicognathus ferrugineus capturada en Navarino, Chile. Foto: Santiago Merino. Figura 2. En la imagen una hembra y un macho de picaflor de Juan Fernández Sepahnoides fernandensis. Durante algún tiempo se pensó que se trataba de especies distintas. Su colorido plumaje no parece estar relacionado con el parasitismo tal y como se había especulado. Foto: Santiago Merino. Figura 3. Caja-nido utilizada por aves insectívoras en el robledal de Valsaín, Segovia, donde se desarrollan estudios de aves y sus parásitos desde hace más de 20 años. Foto: Ángel M. Sánchez.

Figura 4. El herrerillo común Cyanistes caeruleus y los parásitos que lo atacan son objeto de estudio en los Montes de Valsaín, Segovia. Foto: Ángel M. Sánchez.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

PARA SABER MÁS

Bush, A. O. , Fernández J. C., Esch, G. W., & Seed, J. R. (2001). Parasitism: The diversity and ecology of animal parasites. Cambridge University Press. Castaño, F., Martínez, J., Lozano, M., & Merino, S. (2018). Experimental manipulation of temperature reduce ectoparasites in nests of blue tits (Cyanistes caeruleus). Journal of Avian Biology, 49, e01695. https://doi. or/10.1111/jav.01695. Castaño-Vázquez, F., Schummb, Y. R., Benteleb, A., Quillfeldt, P., & Merino, S. (2021). Experimental manipulation of cavity temperature produces differential effects on parasite abundances in blue tit nests at two different latitudes. International Journal for Parasitology: Parasites and Wildlife, 14, 287-297. Hamilton, W. D., & Zuk, M. (1982). Heritable true fitness and bright birds: a role for parasites? Science, 218, 384-387. Martínez-De la Puente, J., Merino, S., Tomás, G., Moreno, J., Morales, J., Lobato, E., ... & Belda, E. J. (2010). The blood parasite Haemoproteus reduces survival in a wild bird: A medication experiment. Biology Letters, 6, 663-665. Merino, S. (2013). Diseñados por la enfermedad. El papel del parasitismo en la evolución de los seres vivos. SESBE / Síntesis.

Merino, S., Moreno, J., Sanz, J. J., & Arriero, E. (2000). Are avian blood parasites pathogenic in the wild? A medication experiment in blue tits. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 267, 2507-2510. Merino, S., Tomás, G., Moreno, J., Sanz, J. J., Arriero, E., & Folgueira, C. (2004). Changes in Haemoproteus sex ratios: fertility insurance or differential sex life-span? Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 271, 1605-1609.

La importancia del parasitismo

 l parasitismo se extiende por todo el planeta, E como pudimos comprobar estudiando el escribano nival Plectrophenax nivalis en su extremo norte de distribución en la isla de Svaldvard, Noruega. Foto: Santiago Merino.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia como búsqueda de conocimiento nos acerca de manera objetiva a la verdad. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Poder desarrollar mi vocación por el estudio de los seres vivos ha sido todo un privilegio. Me ha permitido disfrutar de la naturaleza y conocer con más exactitud cómo se desarrolla la vida en nuestro planeta. Observar la vida en sus múltiples formas e interacciones, comprobando cómo la evolución impulsa extraordinarias adaptaciones

en la naturaleza, supone acudir cada día a un espectáculo emocionante e interminable de gran belleza. Esto le permite a uno disfrutar cada día, porque además cada día hay algo diferente que explorar y cada respuesta a una pregunta sirve para plantear muchas otras. Esa es la grandeza de la ciencia, que permite avanzar con pequeños pasos hacia un conocimiento mayor. Ser partícipe, aunque modestamente, de ese camino hacia el conocimiento me llena de satisfacción. Junto a esto he de reconocer que ayudar a jóvenes investigadores a formarse, a compartir esa pasión por el conocimiento de la vida, me resulta muy reconfortante. Verlos salir adelante es motivo de gran alegría para mí.

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LOS RASGOS DE HISTORIA DE VIDA Y EL ESTRÉS OXIDATIVO

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CARLOS ALONSO ÁLVAREZ Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

La proporción en que tus genes están representados en la generación siguiente de una población representa la medida de tu propia «eficacia biológica». Esta eficacia, conocida también como fitness Darwiniano, es la clave de la evolución por selección natural. Además, su medición nos sirve para entender cómo y por qué evolucionan ciertos rasgos de los seres vivos. Habitualmente la eficacia biológica se mide de manera simple mediante el análisis de la fecundidad de un individuo. El éxito reproductivo vital, no obstante, depende de la supervivencia. Por ello, los rasgos más claramente vinculados a la eficacia biológica son el tamaño al nacer, la tasa de crecimiento, la edad de primera reproducción y la longevidad. Estos caracteres son denominados rasgos de historia de vida. Como otros muchos, pueden ser heredables, pero también fuertemente influenciados por el ambiente. El estudio de los rasgos de historia vital puede servir para resolver diferentes cuestiones, pero entre ellas destaca una que nos atañe a todos íntimamente: ¿por qué envejecemos? La biomedicina ha enfocado sus esfuerzos en comprender el envejecimiento a través del estudio de la función celular, generando muchas hipótesis basadas en diferentes conceptos bioquímicos. Sería lo que en evolución llamamos explicaciones próximas. Una de ellas es la hipótesis de los radicales libres, que propone que el envejecimiento es causado por el daño oxidativo acumulado que producen los radicales libres,

moléculas que se generan en las mitocondrias durante la respiración celular, es decir, cuando la célula produce energía. Esos daños van minando las capacidades del organismo hasta llevar a la enfermedad y la muerte. En cambio, los biólogos y ecólogos evolutivos han intentado responder a la pregunta estudiando el vínculo entre longevidad y reproducción, por tanto, la relación con la eficacia biológica. Se propusieron ideas que asumían que el envejecimiento es un subproducto de la necesidad de reproducirse temprano en la vida. Retrasar la edad de reproducción arriesga el éxito reproductivo vital porque nos exponemos a morir por causas que están fuera de nuestro control, como depredadores, accidentes, enfermedades. Los biólogos evolutivos predijeron que, para conseguir una reproducción temprana, aquellos genes que la promueven podrían al mismo tiempo generar daños en edades más avanzadas. Ese daño podría en parte deberse a la redistribución de recursos que son teóricamente escasos (energía, micronutrientes), pasando de invertirse en el mantenimiento del organismo a invertirse en la reproducción. Además, los genes que solo son dañinos a edades muy avanzadas no son eliminados por selección natural porque la mayoría de individuos no llegan a dichas edades como consecuencia de causas de mortalidad incontrolables (arriba indicadas). Poco a poco, esos genes se acumulan en la población, generando daños en los individuos y con ellos el envejecimiento y muerte. Todas estas hipótesis han recibido cierto apoyo de datos, pero ninguna ha podido ser demostrada de manera concluyente.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«EL ESTUDIO DE LOS RASGOS DE HISTORIA VITAL PUEDE SERVIR PARA RESOLVER DIFERENTES CUESTIONES, PERO ENTRE ELLAS DESTACA UNA QUE NOS ATAÑE A TODOS ÍNTIMAMENTE: ¿POR QUÉ ENVEJECEMOS?»

La probable relación entre reproducción y envejecimiento ha llevado a los biólogos evolutivos a buscar qué mecanismo próximo fisiológico podría estar implicado en dicho enlace. Entre 2003 y 2006 se exploró la implicación de los radicales libres ya muy estudiada entonces por la biomedicina. El aumento de actividad metabólica durante las diferentes fases reproductivas lleva a un aumento del metabolismo celular, lo que podría inducir un aumento en la producción de radicales libres que llevaría a lo que se conoce como estrés oxidativo. Dicho estrés conduciría a un acumulo de daños oxidativos sobre las moléculas. La cuestión se abordó primero en trabajos con mosca de la fruta y luego en un pájaro, el diamante mandarín (Fig. portada). En aquellos años formé parte del grupo de investigadores que comprobamos experimentalmente que el es­ fuerzo reproductor puede reducir la resistencia al estrés oxidativo. Aquellos trabajos llevaron a la formulación de la hipótesis del «coste oxidativo de la reproducción». En la década siguiente, la idea fue testada en diferentes especies mediante correlaciones y experimentos, obteniendo un apoyo a veces inconsistente. La cuestión resultaba más compleja de lo esperado. En concreto, se ha argumentado que el vínculo entre las tasas metabólicas del organismo y la producción de radicales libres no existe en ciertas condiciones. Las mitocondrias son capaces de reducir la producción de radicales libres cuando aumenta el consumo de oxígeno, y algunos autores sugirieron que los animales pueden montar defensas antioxidantes y reducir dicha producción de oxidantes justo antes de la reproducción, para así evitar los supuestos daños. Recientemente, sin embargo, se ha puesto en relieve el papel potencial de otros componentes celulares casi ignorados, como el retículo endoplasmático, cuya capacidad de producción de radicales libres puede superar a la de las

mitocondrias. Las dificultades para medir la actividad de todos estos componentes, así como el daño oxidativo en diferentes tejidos y en condiciones naturales de reproducción, suponen aún desafíos para el futuro. Además, el papel del estrés oxidativo iría mucho más allá de la evolución de rasgos de historia vital clásicos, como la longevidad. Ya que se trata de un proceso bioquímico imprescindible para la generación de energía en la mayoría de seres vivos, este factor ha podido influenciar la evolución de otros muchos rasgos, como aquellos productos de la selección sexual: exhibiciones, cantos u ornamentos de diferentes tipos. Todos ellos forman parte de la inversión reproductiva del individuo, ya que de ellos depende el éxito de emparejamiento. En particular, los colores llamativos de muchas especies suelen ser generados por pigmentos cuya obtención depende de mecanismos oxidativos. Hablamos de los carotenoides, que producen colores del amarillo al rojo, o de melaninas, que generan el negro, gris, marrón o rojizo en muchos vertebrados. La idea de que estas coloraciones puedan actuar como señales revelando la calidad del animal durante la elección de pareja ha hecho que muchos investigadores rastreen los mecanismos que hacen fiable la señal, favoreciendo su evolución. Nuestro grupo de investigación lleva casi 20 años analizando estos rasgos, explorando los procesos oxidativos implicados en la producción de estas dos grandes familias de pigmentos.

Los rasgos de historia de vida y el estrés oxidativo

PARA SABER MÁS

Alonso-Álvarez, C., Bertrand, S., Devevey, G., Prost, J., Faivre, B., & Sorci, G. (2004). Increased susceptibility to oxidative stress as a proximate cost of reproduction. Ecology Letters, 7(5), 363-368. Alonso-Álvarez, C., Canelo, T., & Romero-Haro, A. Á. (2017). The oxidative cost of reproduction: theoretical questions and alternative mechanisms. BioScience, 67(3), 258-270. Alonso-Álvarez, C., & Velando, A. (2012). Benefits and costs of parental care. En N. J. Royle, P. T. Smiseth & Mathias Kölliker (Eds.), The Evolution of Parental Care (pp. 40-61). Oxford University Press. Cantarero, A., & Alonso-Álvarez, C. (2017). Mitochondria-targeted molecules determine the redness of the zebra finch bill. Biology Letters, 13(10), 20170455. Cantarero, A., Pérez-Rodríguez, L., Romero-Haro, A. Á., Chastel, O., & Alonso-Álvarez, C. (2019). Carotenoidbased coloration predicts both longevity and lifetime fecundity in male birds, but testosterone disrupts signal reliability. PloS ONE, 14(8), e0221436. Romero-Haro, A. A., & Alonso-Álvarez, C. (2020). Oxidative stress experienced during early development influences the offspring phenotype. The American Naturalist, 196(6), 704-716.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

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Figura 1. Piquituerto común Loxia curvirostra, en el que estudiamos los colores producidos por carotenoides y el envejecimiento en el campo. Foto: Carlos Alonso.

Figura 2. Diamante mandarín Taeniopygia guttata. En esta especie analizamos rasgos de historia vital y la coloración roja producida por carotenoides. Foto: minka2507 en Pixabay.

Figura 3. Captura de una perdiz roja Alectoris rufa en las instalaciones del Instituto de Investigación en Recursos Cinegéticos (IREC-CSIC) en Ciudad Real. Foto: Carlos Alonso.

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REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia es aquel instrumento teórico creado por el hombre que ha demostrado ser el más eficaz a la hora de resolver problemas cuando es llevado a la práctica, por tanto, aquel que nos aporta una mayor confianza en nuestras propias capacidades. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? El culmen del trabajo del investigador es, como se puede imaginar, el momento eureka. Pero este

puede darse de dos maneras: cuando uno llega a un razonamiento lógico que ha pasado inadvertido para los demás (se produce durante una lectura, o simplemente pensando, en la ducha, por ejemplo), y el otro cuando uno encuentra un resultado sólido que esperaba o bien algo sorprendente, pero en cualquier caso, un hallazgo empírico. La emoción de la idea o del hallazgo es similar, pero para la gente de poca fe, como yo, el segundo reconforta más.

Los rasgos de historia de vida y el estrés oxidativo

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AUTOMEDICACIÓN EN FAUNA: EVIDENCIAS Y PERSPECTIVAS

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LUIS M. BAUTISTA Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

PAULA BOLÍVAR Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

Al celebrar el ducentésimo quincuagésimo cumpleaños del Museo Nacional de Ciencias Naturales, es comprensible que el conocimiento acumulado sobre historia natural de la fauna sobrecoja al visitante ocasional. Y, sin embargo, incluso las personas instruidas en las ciencias naturales se sorprenderían al saber que, en 2014, investigadores del museo encontraron que algunos invertebrados consumidos por las aves podrían tener actividad antiparasitaria además de nutricional. Mientras que los expertos en etología y la ecología del comportamiento investigan la búsqueda de alimento como el resultado de optimizar la ingesta con el menor riesgo posible, los expertos en zoofarmacognosia concentran su atención en explicar cómo los animales interactúan con los tóxicos para su propio beneficio. Los compuestos tóxicos denominados metabolitos secundarios no son infrecuentes en plantas, si bien resultan innecesarios para el desarrollo o la reproducción del propio vegetal. Los expertos consideran que han evolucionado como defensa química de la propia planta frente a herbívoros, parásitos, etc. Pero la adaptación de algunos invertebrados herbívoros a estos compuestos ha permitido que también ellos desarrollen defensas químicas a partir de las obtenidas de la planta.

 rupo de avutardas de José María Benedito de G la exposición permanente «Mediterráneo» del Museo Nacional de Ciencias Naturales. En el diorama se ven amapolas, arvenses y, sobre todo cereal, parte de la dieta de estas aves. Foto: José María Cazcarra.

La zoofarmacognosia estudia, por ejemplo, la utilidad que los tóxicos tienen para los animales a pesar de no ser resistentes a ellos. Aunque la norma es evitar alimentos tóxicos, en ocasiones no se evitan y más bien se buscan, lo cual sorprendería al observador casual, quien lo consideraría un comportamiento suicida. Se han establecido entre los expertos varios convenios para considerar que un animal ingiere o utiliza otra especie tóxica con interés antiparasitario. Por ejemplo, el uso e ingestión de compuestos se describe como explícitamente medicinal cuando su contribución nutricional a la dieta es nula, su consumo no es proporcional a la disponibilidad en el ambiente y se asocia a una crisis del animal, superada la cual deja de utilizarse debido al perjuicio que ocasiona al propio animal. La automedicación es una forma de comportamiento adaptativo y, como tal, el consumo de una sustancia cuando no se está enfermo debería imponer un costo a la adecuación biológica (fitness en inglés), pues de lo contrario la sustancia sería consumida universalmente. Esto distingue la automedicación de fenómenos estrechamente relacionados, como son por ejemplo los efectos del microbioma sobre la salud o la selección compensatoria de la dieta, por citar algunos. Si bien se acepta que una dieta adecuada puede potenciar el sistema inmune durante períodos de estrés, dicha facultad se considera asociada, por ejemplo, a la disponibilidad de energía, al contenido de ciertos nutrientes escasos pero claves para la modulación de la respuesta inmune, o a ambas circunstancias, pero no a la presencia de compuestos farmacéuticamente

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«EL MOTIVO DE INCLUIR UN ALIMENTO EN LA DIETA TENDRÍA COMO AÑADIDO UNA PROPIEDAD MEDICINAL QUE HABRÍA PASADO INADVERTIDA»

activos y tóxicos que suelen contemplarse como disuasorios de la dieta herbívora o carnívora. Las fronteras entre nutrientes, medicamentos y toxinas son permeables y a menudo se definen solo por la dosis ingerida. Por ejemplo, los animales pueden elevar la frecuencia de ingestión de metabolitos secundarios presentes en el alimento reduciendo la dosis y de esa manera resistir sus efectos tóxicos que, sin embargo, son efectivos contra los parásitos. Debido a que las fronteras entre nutrientes, medicamentos y toxinas no siempre son nítidas, es interesante explorar si los animales utilizan la automedicación no de una manera explícita sino implícita en la propia selección de dieta (automedicación críptica). En este supuesto, el motivo de incluir un alimento en la dieta tendría como añadido una propiedad medicinal que habría pasado inadvertida para el investigador del comportamiento alimentario, quien lo habría comparado con otros alimentos en función de su contenido de energía o nutrientes esenciales, por ejemplo. Varios casos de probable automedicación han sido descritos en el Museo Nacional de Ciencias Naturales. Por ejemplo, algunos coleópteros meloidos aparecen en la dieta de aves, quizás por su gran tamaño y facilidad de captura debido a sus lentos movimientos. Sin embargo, su consumo también podría explicarse por la presencia de compuestos activos contra parásitos y otros patógenos. En otro caso se ha explicado la baja prevalencia de hemoparásitos entre los Psittaciformes salvajes por la presencia en sus dietas de alimentos conocidos por sus metabolitos secundarios con propiedades antipalúdicas, tripanocidas o antiparasitarias en general. Y como tercer ejemplo, cabe señalar que las aves pueden añadir al nido plantas aromáticas con una función terapéutica, añadiendo más plantas a sus nidos cuando la abundancia de parásitos es mayor. Los investigadores

del museo que han estudiado este caso indican que, para comprender adecuadamente las complejas interacciones que rigen los efectos de las plantas aromáticas sobre los distintos parásitos en los nidos de las aves, es necesario tener en cuenta la experiencia de las hembras y su capacidad para añadir plantas al nido y obviamente la disponibilidad de las plantas aromáticas en cada zona y año. La complejidad ecológica de la automedicación queda ilustrada con este ejemplo. En aves la automedicación externa, como por ejemplo la exposición al sol o la provocación de una reacción agresiva de hormigas, es conocida. Sin embargo, la efectividad de algunos metabolitos secundarios en la supervivencia de algunas especies hematófagas se conoce de manera insuficiente. Se ha sugerido que las aves utilizan el aceite de la glándula uropigial con una función medicinal y las evidencias empíricas apoyando esta hipótesis siguen acumulándose gracias al trabajo de varios grupos de investigación españoles. Tampoco se puede descartar que la automedicación actúe vía fluidos sanguíneos u otros medios de movilización corporal, como los descritos en especies de aves que resultan tóxicas para sus depredadores, precisamente al distribuir compuestos tóxicos procedentes, por ejemplo, de las ranas con las que se alimentan. En ocasiones, las plantas e invertebrados utilizados por los animales para combatir los parásitos son escasos o están amenazados por las actividades humanas. Pero los planes de conservación de animales silvestres no suelen incluir en sus directrices la presencia en el hábitat de especies de posible uso antiparasitario. Si la conservación y mejora del hábitat de animales amenazados rutinariamente excluye su farmacopea vegetal y animal, es debido a que se ignora en qué medida la fauna se automedica. Por eso es preciso proseguir en el estudio de este comportamiento, involucrando a investigadores con experiencia en el análisis de compuestos secundarios

Automedicación en fauna: evidencias y perspectivas

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En la dieta de las avutardas Otis tarda aparecen escarabajos meloideos Berberomeloe majalis (Figura 1_1) y Physomeloe corallifer (Figura 1_2). Estos invertebrados muestran su característica coloración aposemática roja y negra de advertencia. B. majalis puede exhibir grandes gotas de hemolinfa roja que contienen cantaridina, sustancia tóxica pero con efectos antiparasitarios. Las protuberancias tegumentarias rojas en el tórax de P. corallifer imitan permanentemente las gotas de hemolinfa. Fotos: M. García-París.

Un macho de avutarda en exhibición de cortejo muestra su cloaca a las hembras (Figura 2_1); detalle de otra avutarda con una Otiditaenia conoides en extensión de la cloaca (Figura 2_2) y un individuo de O. conoides separado del cuerpo del ave (Figura 2_3). La flecha negra en la figura 2_1 muestra la posición de la cloaca. Fotos: C. Palacín (arriba y medio) y A. Lucas (abajo).

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

de origen vegetal o animal y en medir su efectividad antiparasitaria. Colaborar con expertas en farmacia, química o veterinaria, por citar algunos campos del conocimiento, resulta imprescindible para que los biólogos del Museo Nacional de Ciencias Naturales prosigan con sus trabajos.

 egistrar la migración de la grulla común en R el final del invierno requiere observar los bandos desde observatorios en ocasiones alejados de los dormideros, como por ejemplo las cumbres y collados de montaña. La imagen muestra a Luis M. Bautista en uno de ellos. Foto: C. Bayle.

PARA SABER MÁS

Abbott, J. (2014). Self-medication in insects: current evidence and future perspectives. Ecological Entomology, 39, 273-280. https://doi.org/doi:10.1111/ een.12110. Bravo, C., Bautista, L. M., Garcia-Paris, M., Blanco, G., & Alonso, J. C. (2014). Males of a strongly polygynous species consume more poisonous food than females. PLoS ONE, 9, e111057. http:// dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0111057. De Roode, J. C., Lefevre, T., & Hunter, M. D. (2013). Self-medication in animals. Science, 340, 150-151. https://doi.org/ doi:10.1126/science.1235824. Huffman, M. A. (2019). The evolution of animal self-medication and lessons for the development of medicine and new medicines. Planta Medica, 85, 1404-1404. https://doi. org/10.1055/s-0039-3399675. Lozano, G. A. (1998). Parasitic stress and self-medication in wild animals. Advances in the Study of Behavior, 27, 291-317. https://doi.org/doi:10.1016/ S0065-3454(08)60367-8.

Masello, J. F., Martinez, J., Calderon, L., Wink, M., Quillfeldt, P., Sanz, V., ... & Merino, S. (2018). Can the intake of antiparasitic secondary metabolites explain the low prevalence of hemoparasites among wild Psittaciformes? Parasites & Vectors, 11, 357-372. https://digital.csic.es/ bitstream/10261/166909/1/13071_2018_ Article_2940.pdf Tomas, G., Merino, S., La Puente, J. M. D., Moreno, J., Morales, J., Lobato, E., ... & Cerro, S. del (2012). Interacting effects of aromatic plants and female age on nestdwelling ectoparasites and blood-sucking flies in avian nests. Behavioural Processes, 90, 246-253. https://digital.csic.es/ bitstream/10261/56084/1/Behav.Proc.pdf

Automedicación en fauna: evidencias y perspectivas

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia aporta al ser humano un protocolo de trabajo, conocido como método científico, que a la mayoría de las personas les ayuda a resolver sus necesidades materiales y problemas cotidianos. A otras personas también les ayuda a resolver sus necesidades inmateriales e incluso responder a preguntas existenciales, como por ejemplo qué somos o de dónde venimos. La ciencia aporta un método en el cual las hipótesis deben ser falsables, y quizás por eso las personas que trabajan de manera profesional en ciencia asumen que su conocimiento suele ser contingente. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? En el tiempo que he dedicado a observar fauna me ha impactado la plasticidad del comportamiento animal. Por ejemplo, unas pequeñas aves (9 gramos, carboneros garrapinos) evitan obtener alimento en juegos y loterías

de incierto resultado cuando tienen asegurado el sustento diario, pero revierten sus preferencias cuando bajan sus reservas corporales. Entonces apuestan incluso su supervivencia en juegos de improbable éxito. Esta plasticidad mental suele ser propia de especies intelectualmente desarrolladas. Cuando se observa que un animal, al cual denominamos irracional, no es necesariamente un ser ilógico, se produce un cierto impacto en la mente del investigador. Es conocido que la evolución por selección natural dota a los seres vivos de reglas de comportamiento simples, pero cuyos resultados para la supervivencia suelen ser equivalentes a los que se obtienen mediante complejos cálculos basados en información abundante casi nunca accesible en tiempo y forma para un animal. Y ahí radica lo que más me ha impactado de mi carrera investigadora: cómo es posible progresar, material e intelectualmente, utilizando una mente que suele estar gobernada por un mono con dos platillos. Luis M. Bautista

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NICHO TRÓFICO: RELACIONES DEPREDADOR-PRESA EN LA REGIÓN MEDITERRÁNEA

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JUAN ANTONIO FARGALLO Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

El nicho ecológico se entiende como el rango de condiciones ambientales, físicas y bióticas en el que una población o una especie puede vivir. Refiriéndonos a las poblaciones y dentro del nicho ecológico, el nicho trófico está determinado por los organismos de los que una población se alimenta y los organismos que a su vez se alimentan de la población en cuestión. Por tradición investigadora, la teoría y los modelos utilizados para comprender la relación trófica entre los depredadores y sus presas ha estado sesgada hacia lo observado en regiones templadas y boreales, donde a diferencia de otras regiones más sureñas, como la mediterránea, los ecosistemas son menos complejos y las interacciones entre especies más simples. Además, se ha asumido que las estrategias de forrajeo de los depredadores son independientes del componente nutricional del alimento, ya que siempre se ha pensado que las presas animales contienen todos los nutrientes que se necesitan. Una de nuestras líneas de investigación en el Departamento de Ecología Evolutiva del Museo Nacional de Ciencias Naturales trata sobre la ecología trófica, incluyendo el estudio de las estrategias de alimentación de los depredadores con relación al componente nutricional. El interés y el objetivo de nuestras investigaciones es aportar conocimiento en esta materia dando una visión más general a las teorías planteadas dentro de la ecología trófica, a través de

 uan A. Fargallo liberando una hembra de J cernícalo vulgar Falco tinnunculus tras su captura para marcaje y toma de muetras. Foto: David López-Idiáquez.

planteamientos que consideren la mayor biodiversidad y complejidad de las interacciones en ecosistemas mediterráneos. Nuestro sistema de estudio está compuesto por un depredador, el cernícalo vulgar Falco tinnunculus, y sus especies presa, que son en su mayoría pequeños mamíferos (topillos y musarañas), pequeñas aves, lagartijas y lagartos e insectos (principalmente ortópteros). Este sistema se estudia en la comarca ganadera de Campo Azálvaro, en las provincias de Segovia y Ávila, lugar en el que se comenzaron a instalar nidales artificiales para la reproducción del cernícalo en el año 1994. A lo largo de los años hemos descubierto que una especie depredadora que se ha considerado tradicionalmente especialista (reducido espectro trófico) se puede comportar como generalista (amplio espectro trófico) en otros ambientes, como el mediterráneo, siendo la estrategia generalista la que proporciona un mayor éxito en términos de adecuación o eficacia biológica (Navarro-López et al., 2014). Esto es así porque en ambientes de gran diversidad de especies y condiciones ambientales variables, los individuos que tienen la capacidad de cambiar de alimento cuando una especie presa escasea se ven beneficiados. Además, una conocida hipótesis, la «hipótesis de la heterogeneidad ambiental», postula que en ambientes más heterogéneos con mayor diversidad de hábitats existe también una mayor diversidad de animales, por lo que se puede predecir que las especies, poblaciones o individuos que habiten áreas

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«A PESAR DE SER UN DEPREDADOR GENERALISTA, LA FLUCTUACIÓN EN LA ABUNDANCIA DE UNA SOLA ESPECIE PRESA TIENE CAPACIDAD PARA MODULAR EL CRECIMIENTO POBLACIONAL DEL CERNÍCALO»

más heterogéneas también tenderán a ser más generalistas debido a la mayor oferta de especies de las que alimentarse. Nuestros estudios han revelado, al contrario de lo esperado, que los individuos con un nicho trófico más amplio, es decir, más generalistas, ocupan territorios más homogéneos, con menor diversidad de hábitats (Navarro-López & Fargallo, 2015). Esto indica que el incremento en la amplitud de nicho trófico puede conseguirse mediante la búsqueda activa de presas diferentes dentro de ambientes homogéneos de buena calidad. Otro descubrimiento interesante de nuestras investigaciones está relacionado con la interacción depredador-presa a escala poblacional. Hemos reportado que una de las presas fundamentales de los cernícalos, el topillo campesino Microtus arvalis, muestra una dinámica poblacional diferente a la encontrada para la especie en el centro y norte de Europa. En la población estudiada intervienen factores abióticos como la temperatura invernal y la precipitación media anual que modulan su dinámica, es decir, la frecuencia y el tamaño de las fluctuaciones de abundancia a lo largo del tiempo. No se ha encontrado que estos factores sean limitantes en poblaciones más norteñas. Pero, conjuntamente, también están involucrados factores bióticos, como la densidad poblacional de cernícalos, siendo esta a su vez condicionada por la abundancia de topillos en lo que se denomina una retroalimentación de primer orden (Fargallo et al., 2009). Esto significa que, a pesar de ser un depredador generalista, la fluctuación en la abundancia de una sola especie presa tiene capacidad para modular el crecimiento poblacional del cernícalo. Con respecto al componente nutricional en la dieta, nuestros estudios han revelado que existe una considerable variación en proteínas, aminoácidos, grasas

y calorías entre las diferentes especies que constituyen la dieta del cernícalo. Asimismo, además de la biomasa (tamaño), el contenido proteico, la cantidad y diversidad de aminoácidos y el aporte calórico son las características que los cernícalos seleccionan de sus presas. También, la dificultad de captura de cada especie juega un papel fundamental en la selección, estando esta definida por sus características ecológicas. Ambos factores, composición nutricional y capturabilidad de las presas, constituyen dos aportaciones novedosas a los modelos de forrajeo planteados hasta el momento (Fargallo et al., 2020). De forma simultánea a lo estrictamente científico, nuestros estudios también se han enfocado en cuestiones más aplicadas, como la prevención de los efectos dañinos que las plagas de topillo campesino ocasionan en la agricultura, principalmente en Castilla y León. En 2007, junto con el Grupo de Rehabilitación de la Fauna Autóctona y su Hábitat (GREFA), se inició una línea de investigación aplicada sobre el potencial de control biológico que las rapaces pueden ejercer sobre las poblaciones de topillo. Para ello, y con el objetivo de incrementar su número, se proveyó de lugares de nidificación (nidales artificiales) a las poblaciones de cernícalo vulgar y lechuza común Tyto alba de tres municipios de Castilla y León: Villalar de los Comuneros en Valladolid, San Martín de Valderaduey en Zamora y Boada de Campos y Capillas en Palencia. Los estudios en estos municipios y otros aledaños sin nidales han mostrado que este tipo de manejo de depredadores sirve como control de las abundancias de topillo (Paz et al., 2013). Con estos resultados muchos municipios se han sumado a la iniciativa, siendo ya más de 2000 los nidales instalados. Además del control de plagas, se ha contribuido a la reducción del uso de venenos y rodenticidas en los ecosistemas agrícolas que tanto han deteriorado el medio y la biodiversidad y también la actividad cinegética.

Nicho trófico: relaciones depredador-presa en la región mediterránea

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Figura 1. Juan A. Fargallo subido a uno de los nidales artificiales para cernícalo vulgar Falco tinnunculus instalados en la comarca de Campo Azálvaro, Segovia-Ávila. Foto: Isabel López-Rull.

Figura 2. Restos de presas (lagarto verdinegro Lacerta schreiberi y eslizón tridáctilo Chalcides striatus) encontrados en los nidos de cernícalo vulgar Falco tinnunculus. Foto: Juan A. Fargallo.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

PARA SABER MÁS

Fargallo, J. A., Martínez-Padilla, J., Viñuela, J., Blanco, G., Torre, I., Vergara, P., & De Neve, L. (2009). Kestrel-prey dynamic in a Mediterranean region: the effect of generalist predation and climatic factors. PLoS ONE, 4(2), e4311. Fargallo, J. A., Navarro-López, J., Palma-Granados, P., & Nieto, R. M. (2020). Foraging strategy of a carnivorous-insectivorous raptor species based on prey size, capturability and nutritional components.  Scientific Reports, 10(1), 1-12. Navarro-Lopez, J., & Fargallo, J. A. (2015). Trophic niche in a raptor species: the relationship between diet diversity, habitat diversity and territory quality. PloS ONE, 10(6), e0128855. Navarro-López, J., Vergara, P., & Fargallo, J. A. (2014). Trophic niche width, offspring condition and immunity in a raptor species. Oecologia, 174(4), 1215-1224. Paz, A., Jareño, D., Arroyo, L., Viñuela, J., Arroyo, B., Mougeot, F., Luque-Larena, J. J. & Fargallo, J. A. (2013). Avian predators as a biological control system of common vole (Microtus arvalis) populations in north-western Spain: experimental set-up and preliminary results. Pest Management Science, 69(3), 444-450.

Nicho trófico: relaciones depredador-presa en la región mediterránea

 stimación en el área de estudio de la densidad de E madrigueras de grillos Gryllus campestris y grillotopos G. gryllotalpa para determinar la abundancia de alimento de cernícalo vulgar Falco tinnunculus. Foto: Juan A. Fargallo.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La inquietud por conocer está en los genes de la especie humana, la ciencia es el resultado colectivo en la carrera por saber más; todos inventamos, nada se puede hacer por evitarlo.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Optar por la carrera científica en España es en sí mismo emocionante en el sentido más amplio de la palabra. Lo más interesante de mi trabajo es el aprendizaje continuo de y en la naturaleza. Es además un privilegio poder vivir de ello.

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SELECCIÓN SEXUAL: DETERMINANTES E IMPORTANCIA

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PATRICK S. FITZE Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

¿QUÉ ES LA SELECCIÓN SEXUAL?

Fue Charles Darwin el que, por primera vez, describió con detalle la selección sexual en 1871 en su famoso libro titulado La descendencia del hombre y la selección en relación al sexo (The descent of man and selection in relation to sex). Aunque ya han pasado más de 250 años desde entonces, sigue existiendo mucha controversia sobre qué es la selección sexual y cuáles son sus efectos. Para profundizar en este tema tenemos que entender a qué se refiere la «selección». En biología selección se refiere a una diferencia no aleatoria en el número de descendientes entre los individuos de una misma especie. Esto puede ocurrir de muchas maneras. Por ejemplo, los guepardos persiguen sus presas corriendo para conseguir comida y no todos los individuos alcanzan la misma velocidad, ni tienen la misma resistencia. Si hay pocas presas solo los guepardos más veloces y más resistentes conseguirán comer. Los otros tendrán muy poca comida y en consecuencia no se reproducirán y/o se morirán. En este ejemplo, está claro que existe selección porque quien no se reproduce no es aleatorio y concluiremos que existe selección sobre la velocidad y la resistencia de

 areja de lagartijas carpetanas Iberolacerta P cyreni en cópula en la sierra de Gredos. Foto: Patrick S. Fitze.

los guepardos. La selección impuesta por factores meteorológicos, climáticos, geológicos, interacciones entre especies e interacciones dentro de especies se denomina selección natural. Cuando hablamos de selección sexual nos referimos a la selección impuesta por la competencia entre hembras, entre machos y/o entre hembras y machos de la misma especie. Clásicamente se suele pensar que las hembras eligen a los machos. Por ejemplo, las hembras de cabra montesa se fijan en los cuernos y el comportamiento de los machos y eligen al más atractivo para tener descendencia con él (Fig. 1). En consecuencia, habrá algunos machos que tendrán mucha descendencia y otros que tendrán poca o ninguna y concluiremos que existe selección sexual sobre los cuernos y el comportamiento de los machos. Pero este patrón no tiene por qué ser consecuencia de la selección de las hembras, ya que suele ser muy difícil saber si la hembra realmente ha elegido ese macho porque no le podemos preguntar. Puede ser que los machos hayan establecido una jerarquía entre ellos y que el más fuerte haya ganado las luchas territoriales y así haber evitado que los otros se puedan aparear con las hembras, como ocurre en la cabra montesa y en muchas otras especies. En este caso, el patrón observado será debido a la competencia entre machos. Como el más fuerte suele ser el más grande, que además tiene los cuernos más atractivos/largos, desentrañar quién impone la selección sexual (en este ejemplo, la competición entre machos o las hembras que eligen los

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«NUESTROS ESTUDIOS HAN DEMOSTRADO QUE LA PROPORCIÓN ENTRE MACHOS Y HEMBRAS INFLUYE EN LA SELECCIÓN SEXUAL, Y DESVIACIONES DE LA PROPORCIÓN ÓPTIMA PUEDEN LLEVAR A UN DECLIVE IMPORTANTE DEL TAMAÑO POBLACIONAL»

machos) es en general muy difícil y nuestras investigaciones han mostrado que en muchos casos la competencia entre hembras, entre machos y entre hembras y machos ocurre a la vez, y que los tres mecanismos suelen sumar y producir el patrón de selección sexual observado. ¿CUÁLES SON LAS CONSECUENCIAS DE LA SELECCIÓN SEXUAL?

Si un rasgo es heredable y hay selección sexual sobre él, entonces cambiará con el tiempo o, en otras palabras, este rasgo evolucionará. En el ejemplo de las cabras montesas, los machos con cuernos muy grandes (Fig. 1) tendrán más descendencia y cada año habrá proporcionalmente más machos con cuernos grandes. Si un macho de repente exhibe/evoluciona unos cuernos aún más grandes, por ejemplo, por un cambio genético, la proporción de machos que exhiben este cambio puede aumentar de manera «rápida» (en muy pocas generaciones). La velocidad con la cual aumenta depende de la fuerza de la selección sexual, es decir, depende de si la ventaja (medida por el número mayor de descendientes que produjeron en comparación con los machos con cuernos menos grandes) será más o menos grande; y si el efecto es suficientemente grande puede causar la «fragmentación» de las especies existentes dando lugar a la aparición de nuevas especies. Estos ejemplos son simples y en realidad todo es mucho más complicado. Primero, es demasiado sencillo pensar que haya selección sexual sobre un único rasgo, o que haya correlación entre rasgos seleccionados sexualmente. En general, puede haber un enorme número de rasgos (la altura del animal, el color de los ojos, el pelaje, etc.) que están bajo selección sexual y no es posible conocer todos los rasgos bajo

esa selección que exhibe una especie. Segundo, puede existir una intensa selección sexual, pero (volviendo al ejemplo) el cambio en la proporción de los machos con cuernos grandes puede ser muy pequeño y muy difícil de detectar, y el tiempo que dura la evolución/modificación de un rasgo puede ser muy largo. Tercero, puede ser que no haya ningún cambio en el número de descendientes porque la selección natural suele actuar a la vez y puede contrarrestar los efectos de la selección sexual. Por ejemplo, en la cabra montesa, el tamaño de los cuernos depende de manera importante de las condiciones a las que los machos jóvenes son expuestos y entonces depende de parámetros ambientales como la meteorología, el estado de salud, la abundancia de comida y, en resumen, de la selección natural que actúa sobre ellos. Este tercer punto siembra mucha confusión ya que aún hoy en día se suelen atribuir efectos a la selección sexual que en realidad están producidos por la selección natural. ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE SABER SI LA SELECCIÓN SEXUAL O LA SELECCIÓN NATURAL ESTÁN ACTUANDO?

Poder distinguir entre ambos tipos de selección puede ser crucial para la conservación de las especies. Nuestros estudios han demostrado que la proporción entre machos y hembras influye en la selección sexual y puede llevar a un declive importante de las poblaciones (Le Galliard et al., 2005). Rebalancear la proporción entre sexos puede ser la solución para evitar declives poblacionales, sobre todo en especies amenazadas por la caza desproporcionada de machos con el fin de conseguir trofeos, y en especies como la lagartija de turbera Zootoca vivipara (Fig. 2), en las que los cambios climáticos no afectan a todos los individuos igual y por ello cambian las proporciones entre las diferentes clases de individuos (Romero et al., 2017). Esto puede llevar a colapsos de las poblaciones (Le Galliard et al., 2005) y en vez

Selección Sexual: determinantes e importancia

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Figura 1. Machos de cabra montesa Ibex pirenaica. Delante el macho dominante con los cuernos más largos y detrás hay dos machos con cuernos más pequeños que son jerárquicamente subordinados. Foto: Patrick S. Fitze.

Figuras 2 y 2_1. Macho de lagartija de turbera Zootoca vivipara. Fotos: Patrick S. Fitze.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

de pensar en cómo cambiar el clima, habrá que pensar en cómo conseguir una proporción de individuos adecuada. Además, todos los individuos son diferentes y tanto la selección natural como la selección sexual dependen de los individuos presentes y sus características (San José et al., 2014); se puede desequilibrar la proporción entre sexos y afectar la viabilidad de las poblaciones. Pequeños cambios sobre esta proporción pueden llevar a un declive poblacional enorme en menos de diez años que, al no estudiar las poblaciones en detalle y a largo plazo, ocurren de manera desapercibida (Masó et al., 2020) hasta que ya es muy tarde para poder rescatarlas. Estos ejemplos demuestran que el estudio de la selección sexual y sus consecuencias puede ser clave para conservar las especies. Sin su conocimiento, en muchos casos será difícil diseñar buenas medidas de conservación más allá de la simple protección de su hábitat, lo que es particularmente problemático a la hora de mitigar el actual cambio climático.

PARA SABER MÁS

Fitze, P. S., & Le Galliard, J. F. (2008). Operational sex ratio, sexual conflict, and the intensity of sexual selection. Ecology Letters, 11, 1-8. Le Galliard, J. F., Fitze, P. S., Ferrière, R., & Clobert, J. (2005). Sex ratio bias, male aggression, and population collapse in lizards. Proceedings of the National academy of Sciences, 102, 18231-18236. Masó, G., Ozgul, A., & Fitze, P. S. (2020). Decreased precipitation predictability negatively affects population growth through differences in adult survival. The American Naturalist, 195, 43-55. Romero-Diaz, C., Breedveld, M. C., & Fitze, P. S. (2017). Climate effects on growth, body condition and survival depend on the genetic characteristics of the population. The American Naturalist, 190(5), 649-662. San-Jose, L. M., Peñalver-Alcázar, M., Milá, B., Gonzalez-Jimena, V., & Fitze, P. S. (2014). Cumulative frequencydependent selective episodes allow for rapid morph cycles and rock-paperscissors dynamics in species with overlapping generations. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 281(1788), 20140976.

Selección Sexual: determinantes e importancia

 ont Canigou, Francia. Equipo de muestreo esperando M hasta que se mejore el tiempo. Aquí detrás de un refugio de pastores para cubrirse del viento e intentando calentarse con el sol. ¡Menuda rasca! Está muy claro por qué no hay ni una lagartija que se solea. Foto: Patrick S. Fitze.

REFLEXIONES —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Después de seguir 750 cajas nido durante 4 años desde el inicio de su construcción del nido hasta que se volaron los volantones y recolectar datos de más de 15 000 pájaros, me di cuenta que las condiciones a las cuales los pajarillos están expuestos desde su nacimiento determinan la velocidad su crecimiento y tamaño al salir del nido. Sin embargo, de adultos, estos individuos podían recuperar estos parámetros y ya no había

diferencia entre los que crecían en buenas o en no tan buenas condiciones. Sin embargo, la sorpresa vino después y observamos que a lo largo de su vida, estos pájaros expuestos a peores condiciones produjeron un tercio menos de descendencia. Esto demostró, por primera vez, que las condiciones en las etapas tempranas de la vida son determinantes para su éxito reproductor. Posteriormente, otros autores demostraron que lo mismo ocurre en muchas otras especies, incluyendo los mamíferos. ¿Podría pasar lo mismo en humanos? ¡Qué inquietante!

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EL COLOR DE LOS ANIMALES

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ISMAEL GALVÁN Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

Pocos elementos en la naturaleza son tan diversos y llamativos como el color de los animales. Además de evocar cualidades estéticas, el color aporta información sobre la biología animal. Y es que la coloración juega un papel importante en diferentes aspectos de la vida de los animales, a menudo afectando a su supervivencia. En la mayoría de los casos, el color obedece a una función protectora proporcionada por los pigmentos de la parte exterior del cuerpo. Casi todos los organismos que viven en la superficie terrestre, y también los organismos acuáticos que se exponen a la luz filtrada por el agua, hacen frente a la radiación ultravioleta procedente del sol, capaz de ejercer un daño letal en sus células. Los pigmentos oscuros que protegen del ultravioleta se denominan melaninas, y su presencia en bacterias indica que constituyen la solución universal y primitiva al daño solar desde el origen de la vida. La mayor parte de colores oscuros que observamos en los animales se debe a la presencia de melaninas, al igual que en otros organismos (el color negro de los champiñones lo causa una melanina similar a la que broncea nuestra piel). Las diferentes formas químicas de estos pigmentos dan lugar a colores negros, marrones y grises, pero también a rojizos y amarillentos poco brillantes (Fig. 1). Los humanos no somos una

 ucán pecho amarillo Ramphastos T ambiguus mostrando coloración basada en pigmentos melaninas y carotenoides. Foto: Ismael Galván.

excepción, y las melaninas forman la base de la maravillosa diversidad cromática de piel, cabello y ojos. La pigmentación de los humanos modernos revela el nivel de radiación solar del que han tenido que protegerse durante su historia evolutiva reciente. Tanto es así, que los movimientos a lugares con niveles de radiación superiores pueden resultar en un incremento en el riesgo de melanoma, como en Australia. Nos queda mucho por averiguar, porque la distribución de tipos de color de piel en humanos no la explican completamente los niveles de radiación solar en la superficie de la tierra, y ahora sabemos que el tipo rojizo de melanina, denominado feomelanina, no protege del ultravioleta pero sin embargo contribuye a mantener el equilibrio fisiológico interno (Rodríguez-Martínez et al., 2019). Además, las melaninas no solo protegen de la radiación ultravioleta, sino también del daño mecánico. Por eso, las mandíbulas y el exoesqueleto de muchos invertebrados, o los extremos del ala y el pico de las aves, son a menudo de color negro. Esta diversidad de funciones de las melaninas contribuye a generar muchos de los patrones de coloración. A la función protectora se une una función óptica, ya que el color de estos pigmentos permite que las manchas corporales puedan utilizarse para comunicarse con otros, incluidos los de otras especies, como ejemplifican los patrones del pelaje de los felinos que los hacen imperceptibles para sus presas. Sin embargo, la protección que las melaninas oscuras proporcionan trae consigo una mayor facilidad para absorber calor. Así, una pigmentación oscura

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«Y ES QUE LA COLORACIÓN JUEGA UN PAPEL IMPORTANTE EN DIFERENTES ASPECTOS DE LA VIDA DE LOS ANIMALES, A MENUDO AFECTANDO A SU SUPERVIVENCIA» puede resultar beneficiosa para animales como anfibios y reptiles que habitan zonas frías, porque les ayuda a calentarse, pero puede producir estrés térmico en animales endotermos (aves y mamíferos) que habitan zonas cálidas. Hemos encontrado que las aves con pigmentación más oscura se ven limitadas para ocupar las zonas con temperaturas más altas en España (Galván et al., 2018). Algunos animales escapan a esta limitación al presentar rasgos morfológicos que les facilitan disipar calor y ocupar así áreas calurosas. Es el caso del ibis eremita, cuya piel desnuda de la cabeza disipa gran parte del calor ganado por su plumaje negro. O el de los tucanes, cuyo pico es uno de los mayores radiadores de la naturaleza (Figs. portada y 2) (Galván et al., 2017). Pero las melaninas, aunque abundantes, no son los únicos pigmentos con que los animales construyen sus colores. También pueden tomar pigmentos de las plantas para expandir su gama cromática. Es el caso de los carotenoides, pigmentos que participan en la fotosíntesis y que una infinidad de invertebrados y casi todos los vertebrados incorporan a sus estructuras corporales. Esto proporciona a los animales colores brillantes provenientes de su dieta, como el rosa de los flamencos, el amarillo de los canarios o multitud de vivos colores observados en muchas orugas, por citar algunos ejemplos (Fig. 3). Los mamíferos podemos llegar a tomar grandes cantidades de carotenoides comiendo frutas y hortalizas, pero no estamos dotados de los mecanismos fisiológicos necesarios para depositarlos en la piel o el pelo. Por ahora, unos murciélagos tropicales son los únicos mamíferos conocidos capaces de colorear su piel de amarillo por medio de carotenoides procedentes de los frutos que comen (Galván et al., 2016). Los carotenoides tienen propiedades antioxidantes y sus colores informan así sobre el estado de salud, lo que puede ser la razón por la que, en muchas especies y de forma similar a los colores melánicos, las hembras los utilizan para evaluar la calidad de sus potenciales parejas.

Otros pigmentos son exclusivos del grupo de animales que los han «inventado». Por ejemplo, el color del plumaje de los loros, cacatúas y afines, asombrosamente diverso y conspicuo, se debe a unos pigmentos llamados psittacofulvinas que solo estas aves pueden sintetizar. Lo mismo ocurre con las plumas amarillas de algunos pingüinos y con las plumas extrañamente vistosas de los turacos, resultantes de innovaciones evolutivas de estos grupos. Otros pigmentos, las porfirinas, no son tan exclusivos pero son fotodegradables, por lo que dan lugar a una coloración rojiza tan efímera que pasa casi desapercibida (Galván et al., 2016). Las porfirinas están presentes en el plumaje de algunas aves, donde se detectan principalmente por la fluorescencia que generan al iluminarlas con luz ultravioleta (Fig. 4). Esto ha posibilitado su reciente descubrimiento también en el pelaje de algunos mamíferos. Durante graves trastornos denominados porfirias, los humanos también acumulamos porfirinas en la piel y en órganos internos, donde resultan tóxicas. Como los animales que acumulan porfirinas lo hacen sin sufrir daño, su estudio podría indicar nuevas estrategias contra estas enfermedades raras (Neves & Galván, 2020). La función de todos estos pigmentos tan especiales es sin embargo todavía desconocida. Como sucede con algunos pigmentos inorgánicos que algunas aves se aplican a modo de cosmético. Es el caso del óxido de hierro que grandes aves poco coloridas como el quebrantahuesos y el alimoche impregnan sobre su plumaje al tomar baños de barro, con una función aún por desentrañar (Margalida et al., 2019). La diversidad de mecanismos con que los animales generan su gama de colores se incrementa aún más con lo que suele denominarse coloración estructural. Se trata de estructuras corporales con un ordenamiento a escala nanométrica que las permite interaccionar de forma específica con la luz, produciendo infinidad de colores. Los colores metálicos de muchas aves, como los colibríes o el pavo real, o los colores iridiscentes de las alas de las mariposas, son producidos por estos mecanismos estructurales.

El color de los animales

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Figuras 1_1 y 1_2. Las melaninas, como las que colorean el plumaje de estos cuervos grandes Corvus corax en el Roque de los Muchachos en La Palma y el pelaje de este zorro rojo Vulpes vulpes en la sierra de San Pedro en Extremadura, son los pigmentos más abundantes en los animales. Además de funciones de comunicación visual derivadas de los colores que generan, las melaninas ejercen una función protectora frente a la radiación ultravioleta solar y el daño mecánico. Las melaninas rojizas (feomelaninas) contribuyen además a la homeostasis fisiológica.

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Foto: Ismael Galván.

Figura 2. Algunas estructuras morfológicas, como el pico de este arasarí piquinaranja Pteroglossus frantzii endémico de Costa Rica y Panamá, facilitan la disipación de calor y que animales endotermos con pigmentación oscura puedan habitar zonas cálidas. Foto: Ismael Galván.

Figura 3. Los parches de color amarillo y negro del plumaje de este macho de saltarín cuelliblanco Manacus candei, capturado en Costa Rica, son producidos por pigmentos de diferente origen: carotenoides adquiridos con el alimento y melaninas sintetizadas por las mismas aves. El color blanco es producido por estructuras específicas de las plumas. Foto: Ismael Galván.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

Queda mucho por saber sobre los mecanismos de coloración animal y sus funciones. Uno de los mecanismos más enigmáticos es el de la fluorescencia. Recientemente, se ha descrito fluorescencia verde en la piel de algunas ranas, camaleones y geckos, donde el color producido recuerda al de las luces de neón (Fig. 5) (Prötzel et al., 2021). Aunque estos colores solo se observan al iluminar los animales con luz ultravioleta artificial, el componente ultravioleta de la luz solar podría causar el mismo efecto de manera natural. Queda por averiguar si estos animales son capaces de percibir esa fluorescencia natural y utilizarla con alguna función en su ciclo vital.

PARA SABER MÁS

Galván, I., Camarero, P. R., Mateo, R., & Negro, J. J. (2016). Porphyrins produce uniquely ephemeral animal colouration: a possible signal of virginity. Scientific Reports, 6, 39210. Galván, I., Garrido-Fernández, J., Ríos, J., Pérez-Gálvez, A., Rodríguez-Herrera, B., & Negro, J. J. (2016). Tropical bat as mammalian model for skin carotenoid metabolism. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 113, 10932-10937. Galván, I., Rodríguez-Martínez, S., & Carrascal, L. M. (2018). Dark pigmentation limits thermal niche position in birds. Functional Ecology, 32, 1531-1540. Galván, I., Palacios, D., & Negro, J. J. (2017). The bare head of the Northern bald ibis (Geronticus eremita) fulfills a thermoregulatory function. Frontiers in Zoology, 14, 15.

Margalida, A., Braun, M. S., Negro, J. J., Schulze-Hagen, K., & Wink, M. (2019). Cosmetic colouring by Bearded Vultures Gypaetus barbatus: still no evidence for an antibacterial function. PeerJ, 7, e6783. Neves, A. C. O., & Galván, I. (2020). Models for human porphyrias: Have animals in the wild been overlooked? BioEssays, 42, 2000155. Prötzel, D., Heß, M., Schwager, M., Glaw, F., & Scherz, M. D. (2021). Neongreen fluorescence in the desert gecko Pachydactylus rangei caused by iridophores. Scientific Reports, 11, 297. Rodríguez-Martínez, S., Márquez, R., Inácio, Â., & Galván, I. (2019). Changes in melanocyte RNA and DNA methylation favour pheomelanin synthesis and may avoid systemic oxidative stress after dietary cysteine supplementation in birds. Molecular Ecology, 28, 1030-1042.

El color de los animales

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Figura 4. Algunas aves, como este macho de avutarda común Otis tarda realizando una exhibición sexual en La Serena, Extremadura, acumulan unos pigmentos denominados porfirinas solo visibles en la base de las plumas (imagen interior) durante un breve período de tiempo antes de ser degradados por la luz solar. Esta naturaleza efímera del color causado por porfirinas podría proporcionar útil información a las hembras de avutarda respecto al tiempo que los machos han estado exhibiéndose. Las avutardas y otros animales que acumulan porfirinas podrían además constituir modelos de estudio para desarrollar estrategias contra las porfirias, enfermedades humanas en las que se produce toxicidad por estos pigmentos. Foto: Ismael Galván.

Figura 5. Algunos anfibios y reptiles, como este gecko Pachydactylus rangei, generan una intensa fluorescencia de vivos colores al ser iluminados con luz ultravioleta. El mecanismo y función de esta fluorescencia permanecen por ahora desconocidos.

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Foto: Prötzel et al. (2021), bajo licencia Creative Commons Attribution 4.0 International (https://creativecommons.org/ licenses/by/4.0/).

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos aporta la realidad. Una realidad desprovista de creencias y supersticiones. Y lo hace en un proceso en el que obtenemos el placer de explorar campos incógnitos del saber, pensando en lo que nadie ha pensado. Tanto recibir como hacer ciencia tienen mucho que ver, por tanto, con la felicidad. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Antes de comenzar mi carrera de investigación, me interesaban tanto los mecanismos físicos y químicos de la naturaleza como los mecanismos

biológicos que tienen lugar a nivel de organismo. Comencé mi carrera de investigación trabajando para entender la evolución de ciertos rasgos animales, pero durante el desarrollo mi carrera comprendí que aquellos mecanismos físicos y químicos que me habían interesado no podían ser en realidad diferentes de los mecanismos biológicos. Que los mecanismos que regulan la biología resultan de las propiedades físicas y químicas de los materiales que los forman, que no surgen propiedades «mágicas» en los organismos al llegar a ese nivel de complejidad. El comprender que la biología no existe, sino que todo son consecuencias de mecanismos físicos y químicos, ha sido lo más importante de mi carrera como investigador.

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TAPICES DE SONIDO: CANTOS DE AVES Y RUIDO DE FONDO

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DIEGO GIL Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

Vivimos sumergidos en un océano de sonidos y no nos damos cuenta de ello. Como especie social que somos, obtenemos mucha información a través de la comunicación vocal con nuestros semejantes. Lo que nos dicen nos importa, lo que se oye de fondo, apenas. Escuchar requiere tiempo y energía, y el ruido nos distrae de lo que realmente interesa. Hemos evolucionado seleccionando la información relevante que llega a nuestros sentidos. Tanto, que tenemos filtros rápidos para separan los datos importantes de la cacofonía de fondo. Podemos estar conversando con alguien en una fiesta, sin escuchar lo que dicen más de 20 personas a nuestro alrededor, hasta que de repente alguien menciona nuestro nombre, que oímos alto y claro sobre el murmullo general. Ese filtro no-consciente se ilumina y nos informa de que alguien está hablando de nosotros: ¿qué dicen de mí? El concepto de paisaje sonoro invita a dejar de lado esos filtros, y realizar una escucha atenta de lo que llega a nuestros oídos, sea ruido, música, voces o cantos de sirenas. Más allá de eso, el paisaje sonoro, entendido como un valor, como algo que define al medio natural, es un concepto que ha ido ganando peso y se tiene cada vez más en cuenta en la conservación de la naturaleza. El paisaje sonoro es el tapiz de sonido causado por las fuentes emisoras abióticas y bióticas en un entorno dado: el viento, el agua, las hojas de los árboles en verano, las ramas de esos mismos árboles en invierno, las aves, los insectos, las tormentas; pero también nuestras voces, nuestros coches, aviones, fábricas y motosierras.

Nos hemos dado cuenta de que el paisaje sonoro es una característica fundamental de un medio natural, intangible y perecedero pero fundamental a la hora de entender y de apreciar emocionalmente ese medio. Ciencia y emoción como dos respuestas humanas, compatibles y complementarias. Hay dos tipos de contribuciones al paisaje sonoro: señal y ruido. Las señales son elementos acústicos que han evolucionado para manipular al oyente: un macho de rana canta para atraer hembras, un pinzón grita en las garras de un gavilán para intentar asustarlo (Dawkins & Krebs, 1978). En contraposición a las señales, los ruidos son sonidos producidos por factores abióticos (la lluvia, el viento), o por organismos que no obtienen beneficios al producirlos: el sonido de los pasos al caminar o de las alas al romper el aire (Gil & Brumm, 2014). Otra cosa es que un oyente que esté atento a estos sonidos saque información de ellos: ese viento significa que va a llover, esos pasos me indican que viene una presa; pero ese valor añadido no explica el origen de ese sonido, solo tiene significado si un oyente aguza el oído y extrae información. No son señales, son indicios. En los últimos años numerosos investigadores, sociólogos y músicos se han interesado por los paisajes sonoros. Los ecólogos del comportamiento nos hemos preocupado por el problema del ruido humano, de la contaminación sonora, y de lo que esto supone para los animales (Gil & Brumm, 2014). Sabemos por estudios médicos que este tipo de contaminación afecta a los humanos, siendo un riesgo para la

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«EL PAISAJE SONORO ES UNA CARACTERÍSTICA FUNDAMENTAL DE UN MEDIO NATURAL, INTANGIBLE Y PERECEDERO PERO FUNDAMENTAL A LA HORA DE ENTENDER Y DE APRECIAR EMOCIONALMENTE ESE MEDIO»

salud y disminuyendo la capacidad de aprendizaje de los niños. En el caso de las aves, el ruido es un problema fundamental. Numerosas aves usan sus cantos y llamadas para comunicarse a distancia: encontrar pareja, pedir comida a los padres, avisar de un depredador. Las aves que viven en nuestro entorno tienen que comunicarse haciendo frente a unas condiciones de ruido muy elevadas. Pero muchas aves vienen preparadas para este problema, al fin y al cabo, también hay ruido en la naturaleza. ¿Qué pueden hacer? Para empezar, el ruido urbano tiene unas características peculiares: la intensidad más fuerte de este ruido se acumula en las frecuencias más bajas (Fig. 1), en ese murmullo tenaz, acumulación de ruido de motores, vehículos y voces, que nos embota y del que solo nos damos cuenta cuando salimos de la ciudad. Para poder ser escuchadas las aves cantan más fuerte cuando hay ruido, como hacemos nosotros en un bar ruidoso (Bermúdez-Cuamatzin et al., 2011). Pero hay más estrategias; muchas especies aumentan la frecuencia de su canto para sobresalir sobre el ruido de fondo y ser escuchadas, de la misma manera que un cantante explota los armónicos de su canto frente a una orquesta ensordecedora. Este fenómeno lo hemos constatado en numerosas especies, pero no todas las aves dominan la técnica. En un estudio en Brasil, encontramos que las aves que son capaces de aprender el canto modificaban su frecuencia frente al ruido urbano con mayor facilidad de las que no aprenden a cantar y cuyo canto es heredado de forma casi invariable (Ríos‐Chelén et al., 2012). Existen situaciones en las que cantar más agudo o más fuerte sirve de poco. Si vives junto a un

aeropuerto, da igual lo que hagas si tienes un avión pasando sobre ti, nadie te podría escuchar aun estando a tu lado. La única posibilidad sería cantar fuera de las horas de más actividad de un aeropuerto. Siendo las aves más madrugadoras que los humanos, esto significa cantar antes de que empiecen la mayoría de los despegues. En un estudio en varios aeropuertos encontramos que las aves adelantaban el horario de su canto del amanecer en los bosques afectados por ruido de aeronaves (Gil et al., 2015). Sin embargo, esto solo se producía en aquellas latitudes y meses en los que había un solapamiento entre la hora del canto del amanecer y la actividad humana. En latitudes donde amanece muy pronto, las aves llevan ya horas cantando cuando el primer avión empieza a calentar motores. Daría la impresión de que las aves son capaces de solucionar el problema de la contaminación acústica con este tipo de estrategias. Esto no es así. Por un lado, cantar más fuerte, más agudo o a horas distintas supone costos añadidos, y probablemente reduzca la supervivencia o la fecundidad de estas poblaciones. Por otro lado, el ruido de la ciudad supone un filtro para las aves: algunas especies sobreviven mejor que otras si su canto es más adaptable o se oye mejor en los parques y jardines. El problema de la contaminación acústica no se limita a las ciudades o aeropuertos; los animales marinos tienen que hacer frente a problemas de comu­ nicación debido al ruido de los barcos, sonares o explotaciones subacuáticas. Una forma de tomar conciencia de este problema consiste en abrir nuestros oídos a los paisajes sonoros, compararlos, apreciar y disfrutar el resultado de esa orquesta sin partitura.

TAPICES DE SONIDO: CANTOS DE AVES Y RUIDO DE FONDO

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Figura 1. El chíngolo común Zonotrichia capensis es una especie muy común en los hábitats urbanos de América del Sur, y que se encuentra muy bien adaptada a este entorno. Su canto sibilante presenta dialectos entre distintas zonas y aumenta en frecuencia al aumentar el ruido de fondo. Foto: Diego Gil (Campos do Jordao, Brasil).

Figura 2. Cerca de los aeropuertos, muchas aves adelantan la hora de su canto, evitando de alguna manera quedar ensordecidos por el ruido de los aviones. En la foto, un chochín Troglodytes troglodytes cantando, un ave muy madrugadora y que forma parte del coro del amanecer de los sotos ibéricos. Foto: Miguel Antón (La Rioja, España).

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

PARA SABER MÁS

Bermúdez-Cuamatzin, E., Ríos-Chelén, A. A., Gil, D., & Garcia, C. M. (2011). Experimental evidence for real-time song frequency shift in response to urban noise in a passerine bird. Biology Letters, 7(1), 36-38. Dawkins, R., & Krebs, J. R. (1978). Animal signals: information or manipulation. Behavioural Ecology: An Evolutionary Approach, 2, 282-309. Gil, D., & Brumm, H. (2014). Acoustic communication in the urban environment: patterns, mechanisms, and potential consequences of avian song adjustments. En H. Brumm & D. Gil (Eds.), Avian Urban Ecology: Behavioural and Physiological Adaptations (pp. 69-83). Oxford University Press. Gil, D., Honarmand, M., Pascual, J., Pérez-Mena, E., & Macías Garcia, C. (2015). Birds living near airports advance their dawn chorus and reduce overlap with aircraft noise. Behavioral Ecology, 26(2), 435-443. Ríos-Chelén, A. A., Salaberria, C., Barbosa, I., Macías Garcia, C., & Gil, D. (2012). The learning advantage: bird species that learn their song show a tighter adjustment of song to noisy environments than those that do not learn. Journal of Evolutionary Biology, 25(11), 2171-2180.5.

 l autor observando aves desde un hide, E un recurso que nos permite estudiar el comportamiento de especies esquivas evitando influir en su comportamiento con nuestra presencia. Soto del Real, España. Foto: Diego Gil.

TAPICES DE SONIDO: CANTOS DE AVES Y RUIDO DE FONDO

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Algunas personas piensan que disfrutar de la naturaleza y estudiarla como científico son actividades incompatibles, como si la emoción o la belleza desaparecieran cuando se observa un ser al microscopio. Esta creencia no tiene sentido. ¿Deja de disfrutar de la música un pianista que ha analizado y diseccionado una partitura en acordes, tonos, líneas melódicas y cambios de tempo? Al contrario, el impacto emocional estético puede ser mayor cuando mejor se conoce lo que amamos. Ciencia y emoción como dos respuestas humanas a la contemplación de lo vivo, compatibles y complementarias.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Ser un investigador en ciencias naturales es un privilegio incomparable. Poder usar tu tiempo en plantearte preguntas, buscar explicaciones, intentar comprender el funcionamiento del mundo natural, planear experimentos, resolverlos… profundizar en las explicaciones y hallar nuevas preguntas. Un bucle eterno y mágico. Por otro lado, la satisfacción de enseñar la lógica científica y entrenar a nuevas generaciones de científicos a pasar del asombro a la pregunta. Pero más que el proceso en sí, que podría ser similar al del físico o del químico, las ciencias naturales poseen la grandeza de lo vivo, y la urgencia y la necesidad de conocerlo por lo mucho que necesitamos de ello, mientras se nos escurre entre los dedos.

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SONIDOS Y VIBRACIONES. PERCEPCIÓN Y COMUNICACIÓN EN RANAS Y SAPOS

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RAFAEL MÁRQUEZ Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Los sonidos (vibraciones del aire o del agua) y las vibraciones del suelo o del sustrato son una fuente de información muy valiosa para las especies que han desarrollado la capacidad de percibirlos o incluso de emitirlos.

de supervivencia y en algunos casos en el cortejo. A continuación, se resumen estudios recientes realizados por el equipo del MNCN.

Muchas especies utilizan sonidos para hacer que los machos y las hembras de la misma especie se reconozcan y consigan aparearse, asegurando la reproducción dentro de la especie. Algunas especies detectan también las vibraciones del sustrato y utilizan esa información para sobrevivir y también para encontrar pareja.

Los sonidos sirven, pues, para determinar si las especies son una o varias: si el canto es diferente y las hembras discriminan entre tipos de cantos seleccionando solo un tipo, entonces tenemos especies diferentes.

Aunque en la colección científica de sonidos del MNCN Fonoteca Zoológica incluimos grabaciones de sonidos de todo tipo de animales, el modelo que estudiamos más frecuentemente son los anfibios anuros (ranas y sapos) y, de hecho, tenemos la mayor colección de sonidos de anuros del mundo. Las ranas y sapos son animales predominantemente acústicos: generalmente los machos cantan para atraer a las hembras de su especie y las hembras tienen que reconocer el canto de su especie y elegir el que les resulta más atractivo. Además, tienen un sistema de detección de vibraciones del sustrato muy sofisticado y sensible que les sirve en contexto

 ascada de Kaieteur, Guyana, C desde la avioneta. Foto: Rafael Márquez.

ESPECIES DIFERENTES

Ejemplo 1 Estudio en Amani (Tanzania) de dos tipos de ranas arborícolas tropicales (Figs. 1 y 2). Aparecen dos morfotipos de ranas de Amani, Tanzania, cuyo canto (sonido) estudiamos con Walter Hödll, Peter Narins, F Quattrini (Fig.3) y Herbert Kasozi y Nuria Polo-Cavia (sin foto). Conclusión: las características de sus cantos eran lo suficientemente diferentes para sugerir que se trataba de especies distintas (Fig. 4) (Quattrini et al., 2018). VIBRACIONES DE LA LLUVIA

La primera utilidad para el sistema de detección de vibraciones de las ranas y sapos que conseguimos demostrar fue la de detectar las vibraciones de la lluvia. Las ranas y sapos dependen mucho de la presencia de humedad para su actividad nocturna, y en zonas

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«EN LA COLECCIÓN CIENTÍFICA DE SONIDOS DEL MNCN FONOTECA ZOOLÓGICA TENEMOS LA MAYOR COLECCIÓN DE SONIDOS DE ANUROS DEL MUNDO»

templadas como España, dependen mucho de la lluvia. Gran parte del año están enterrados bajo el suelo y solo emergen cuando las condiciones son adecuadas para comer y reproducirse. ¿Serán las vibraciones de la lluvia las que les hagan desenterrarse?

Ejemplo 2 En las inmediaciones de Doñana inicialmente grabamos con un geófono las vibraciones de las gotas contra el suelo. Luego hicimos una serie de pequeños recintos donde los sapos locales se enterraban en la arena de las dunas (Fig. 5) y los dispusimos en dos zonas diferentes: tratamiento y control. Cuando tuvimos suficientes animales enterrados en los recintos, emitimos vibraciones de lluvia a un grupo de recintos (y al otro no) y observamos que en los recintos con vibraciones emergían más sapos (Fig. 6) y emergían más deprisa (Márquez et al., 2016). Los sapos, pues, utilizan las vibraciones de la lluvia para salir a la superficie en noches favorables.

investigador (Fig. 7). Experimento (Figs. 8 y 9): a un macho que esta cantando se le ponen vibraciones del canto de otro macho en la hoja desde la cual canta (sin sonido, solo vibraciones). Resultado: los machos detectan y responden a las vibraciones generadas por el canto en las hojas de bromelias gigantes cambiando las características de su canto. Por las vibraciones detectan a un posible competidor. (Narins et al., 2018). VIBRACIONES DE ACTIVIDADES HUMANAS

Dada la importancia del sistema de percepción de vibraciones en sapos y ranas, la pregunta que se planteaba era: ¿cuál es el efecto de las vibraciones que nosotros, la civilización humana, generamos? ¿Qué ocurre cuando el ambiente tiene muchas vibraciones en el sustrato?

Ejemplo 4 Estudio en Somiedo (Asturias, España) del efecto de las vibraciones de carreteras y aerogeneradores sobre el canto de los sapos parteros.

VIBRACIONES DE LOS CANTOS

Otra utilidad de la percepción de vibraciones puede ser paralela a la de escuchar los cantos. Cuando las ranas generan un sonido, parte de la energía se transmite al sustrato (suelo, agua o rama) y en algunas circunstancias esta vibración puede ser detectada por otros animales. En el ejemplo siguiente, demostramos que cuando un macho residente está cantando sobre una hoja, la componente vibratoria sola (sin sonido) genera una respuesta en los machos residentes.

Ejemplo 3 Estudio en Kaieteur (Guayana) del papel de las vibraciones en el cortejo de una rana tropical Anomaloglossus beebei. Vista aérea de la famosa cascada de 226 m, en la que se distingue nuestro alojamiento en el parque (techo rojo) (Fig. portada). Equipo

Se obtuvieron grabaciones de las vibraciones del suelo del paso de vehículos sobre una carretera y de aerogeneradores en movimiento (Fig. 10). Se emitieron las vibraciones obtenidas con intensidad creciente a machos de sapos parteros de Somiedo que cantaban y nunca habían estado cerca ni de carreteras ni de aerogeneradores. Cuando el nivel de las vibraciones alcanzaba una intensidad que hacía que se callasen, se medía cual era ese umbral. Conclusiones: las vibraciones de ambas clases interfieren en el canto. Los machos se callan. El umbral es mas bajo para las vibraciones de eólicos (Caorsi et al., 2019).

Sonidos y Vibraciones. Percepción y comunicación en ranas y sapoS

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Figuras 1 y 2. Leptopelis flavomaculatus, 2 morfotipos. Fotos: Rafael Márquez.

Figura 3. De izda. a dcha.: Peter Narins, Fausto Quattrini, Walter Hödl y Rafael Márquez en Amani, Tanzania. Foto: Herbert Kasozi.

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Figura 4. Oscilogramas, audiospectrogramas y espectro del morfotipo verde (arriba) y del morfotipo marrón (abajo). Figura 5. Trabajo de construcción de recintos para que sapos se entierren en un lugar controlado en su hábitat. Foto: Rafael Márquez.

Figura 6. Sapo de espuelas emergiendo cuando ha detectado las vibraciones de la lluvia. Foto: Rafael Márquez.

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Figura 7. El equipo investigador de Kaieteur con el láser portátil. De izda. a dcha.: Dr. James Tumulti, Dr. Rafael Márquez, Dr. Bas Meenderink, y Dr. Peter Narins.

Figuras 10_1 y 10_2. Valentina Z. Caorsi y Raissa F. de Souza grabando vibraciones de automóviles con un geófono junto a una carretera y bajo un aerogenerador.

Figuras 8_1, 8_2 y 8_3. De la especie estudiada (Anomaloglossus beebei) y su habitat.

Figura 11. Diseño experimental y test de emisión de las vibraciones en los Lagos de Somiedo. De izda. a dcha.: Gúa la labradora, Valentina Z. Caorsi, Vinicius Guerra y Raissa F. de Souza.

Figuras 9_1 y 9_2. Experimento: medida con láser de las vibraciones que provoca cada canto y respuesta de los machos a las vibraciones (sin sonido; solo vibraciones).

Fotos: Rafael Márquez.

Sonidos y Vibraciones. Percepción y comunicación en ranas y sapoS

PARA SABER MÁS

Caorsi, V., Guerra, V., Furtado, R., Llusia, D., Miron, L. R., Borges-Martins, M., Both, C., Narins, P. M., Meenderink S. M., & Márquez, R. (2019). Anthropogenic substrate-borne vibrations impact anuran calling. Scientific reports, 9(1), 1-10. Márquez, R., Beltrán, J. F., Llusia, D., Penna, M., & Narins, P. M. (2016). Synthetic rainfall vibrations evoke toad emergence. Current Biology, 26(24), R1270-R1271.

Quattrini, F., Kasozi, H., Polo-Cavia, N., Márquez, R., Narins, P. M., & Hödl, W. (2018). Behavioral and Morphological Divergence of Sympatric Morphotypes of Leptopelis flavomaculatus (Anura, Arthroleptidae) in Northeastern Tanzania. Herpetologica, 74(4), 311-322.

Narins, P. M., Meenderink, S. W., Tumulty, J. P., Cobo-Cuan, A., & Márquez, R. (2018). Plant-borne vibrations modulate calling behaviour in a tropical amphibian. Current Biology, 28(23), R1333-R1334.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia es la base de realidad sobre la que se cimenta la evolución cultural, elemento diferenciador clave de los seres humanos ante el resto de los seres vivos. El legado de ciencia es el patrimonio más importante para futuras generaciones. Es crucial que esté bien preservado y bien diferenciado del resto de la herencia. La ciencia merece un respeto de la sociedad que la España del siglo xxi apenas le concede. Hay que salir de este país para hacer buena ciencia.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Lo más impactante de mi investigación reciente es descubrir que existe un sentido de percepción de las vibraciones del suelo que probablemente es muy importante para muchos animales (no solo ranas y sapos) y que nosotros como humanos, como primates bípedos, hemos perdido. El estudio de la detección de las vibraciones es un campo que generará importantes descubrimientos en zoología y quién sabe si tendrá aplicaciones útiles para los humanos. Es lástima que ya no se consiga financiación para su estudio en España.

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VENENOS, TOXINAS Y ESPECIES MARINAS

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AIDA VERDES Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

El mar está lleno de animales sorprendentes. Desde gusanos zombis que se alimentan de huesos de ballena, hasta tiburones que brillan en la oscuridad o peces con cráneos transparentes capaces de mirar hacia arriba sin mover la cabeza. Pero hay algunos animales que sorprenden por capacidades no tan benignas, sino porque producen sustancias tóxicas o venenos que en algunos casos, como el de la avispa de mar, son tan potentes que pueden matar a 60 personas. Aunque estos animales utilizan sus venenos para cazar y para defenderse de sus depredadores, muchos de ellos, como las medusas, son infames por provocar el cierre de playas y alguna picadura más bien dolorosa. Otros son tristemente recordados por provocar graves reacciones e incluso fallecimientos, como el caso del pez araña cuya picadura causó la muerte a un adolescente que practicaba snorkel en Gerona el verano pasado. Los peces araña o peces escorpión pertenecen al género Trachinus y tienen una aleta dorsal formada por radios duros conectados a una glándula de veneno que utilizan como mecanismo de defensa. Viven semienterrados en fondos arenosos dejando al descubierto únicamente los ojos y la aleta dorsal, acechando a posibles presas. Es por esto que las picaduras de pez araña suelen ser accidentales, cuando un bañista pisa al pez que se encuentra camuflado bajo la arena. En la mayoría de los casos

Buceando en cabo de Gata. Foto: Carlos Navarro

no son mortales, pero sí muy dolorosas debido a la acción de la dracotoxina, una toxina que forma parte de su veneno y que tiene efecto citolítico (destruye células). Otros animales marinos venenosos son populares gracias a su vertiente más culinaria, como las especies de pez globo de la familia Tetraodontidae con las que se prepara el fugu, uno de los platos más emblemáticos de la cocina japonesa. Para muchos es una auténtica delicia, mientras que otros no lo encuentran tan exquisito, sobre todo teniendo en cuenta que probarlo puede ser lo último que hagas. El pez globo contiene tetrodotoxina, una neurotoxina 100 veces más tóxica que el cianuro. La tetrodotoxina, que se acumula mayoritariamente en algunos órganos del pez como el hígado o los ovarios, interrumpe la transmisión nerviosa produciendo una parálisis muscular general que puede llevar al fallecimiento por asfixia. Actualmente no existe antídoto, y el único remedio es intubar al paciente hasta que cesa el efecto de la toxina. Tanto el pez araña como el pez globo pueden causar la muerte de un ser humano en determinadas circunstancias; sin embargo, hay una diferencia importante entre los dos: el pez araña es venenoso, mientras que el pez globo es tóxico. Los animales venenosos inyectan sustancias nocivas a otros animales a través de una herida. Las serpientes, los escorpiones o las avispas, son animales venenosos ya que utilizan colmillos y aguijones para infligir heridas a sus presas mediante las que inyectan el veneno. Un

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«UNA MANERA SENCILLA DE RECORDAR LA DIFERENCIA ENTRE UN ANIMAL VENENOSO Y UNO TÓXICO ES ESTA: SI TE MUERDE Y TE MUERES ES VENENOSO, PERO, SI LO MUERDES TÚ Y TE MUERES, ES TÓXICO»

animal tóxico, sin embargo, no tiene la capacidad de producir una herida e inyectar veneno, sino que ha de ser ingerido para que las toxinas hagan efecto en otro animal. El pez globo, las ranas punta de flecha o algunos escarabajos son ejemplos de animales tóxicos, ya que sus toxinas son inocuas para otros organismos a no ser que sean ingeridas o absorbidas a través de la piel. Una manera sencilla de recordar la diferencia es esta: si te muerde y te mueres es venenoso, pero si lo muerdes tú y te mueres, es tóxico. Casi todo el mundo ha oído hablar de estos animales, pero existen otros muchos organismos marinos venenosos o tóxicos prácticamente desconocidos, como esponjas, erizos de mar, caracoles, pulpos o gusanos. Entre estos últimos se encuentra un grupo de gusanos venenosos llamados nemertinos o Nemertea, que son el foco actual de mi investigación en el Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva del Museo Nacional de Ciencias Naturales. Los nemertinos son un filo de gusanos no segmentados mayoritariamente marinos –aunque también existen algunas especies terrestres y dulceacuícolas– que deben su nombre a Nemertes, una de las ninfas del mar de la mitología griega. Además, según el Guinness World Records, el animal más largo del mundo es una especie perteneciente a este filo, el gusano cordón de bota Lineus longissimus, con sus 50 metros de largo. Los nemertinos se caracterizan por tener una estructura única en el reino animal llamada probóscide, una especie de trompa evaginable que utilizan para cazar a sus presas. Algunas especies tienen además un punzón en la punta de la probóscide denominado estilete, con el que apuñalan a la presa e inyectan toxinas paralizantes para después engullirla. Pero no solo secretan toxinas a través de la probóscide, sino que su epidermis también produce un moco tóxico que les sirve como mecanismo de defensa ante posibles depredadores. Este moco defensivo contiene

alcaloides, toxinas citolíticas y neurotoxinas. En algunas especies también se ha reportado la presencia de tetrodotoxina, la misma neurotoxina que hace del fugu un manjar potencialmente mortal. Pero nuestro conocimiento sobre las más de 1000 especies de nemertinos descritas actualmente es muy limitado. Sabemos muy poco acerca de la variedad de toxinas que producen para defenderse o para capturar a sus presas, si todas las especies secretan toxinas parecidas o si se diferencian según la dieta o al ecosistema en el que habitan, e incluso desconocemos las estructuras que utilizan para secretar esas toxinas e inyectarlas a sus presas. Todas estas preguntas son las que intentamos resolver en el Museo mediante técnicas genéticas, bioquímicas y morfológicas, que nos permiten caracterizar los compuestos que forman parte del veneno de distintas especies de nemertinos marinas, terrestres y dulceacuícolas. Y aún queda mucho por descubrir. Hace poco, precisamente en el gusano más largo del mundo –Lineus longissimus– se han identificado unas toxinas extremadamente potentes que actúan de una manera similar a la tetrodotoxina, provocando parálisis y posteriormente la muerte en especies como el cangrejo de mar común (Carcinus maenas) y la cucaracha dubia (Blaptica dubia), entre otros. Este nuevo compuesto es letal para muchos artrópodos, pero, a diferencia de la tetrodotoxina, es inocuo para el ser humano, por lo que se ha patentado para su uso como eco-pesticida. Aunque parezca sorprendente, esta no es la única aplicación biotecnológica desarrollada a partir de toxinas o venenos animales, de hecho, es un campo de investigación que está muy en auge actualmente. La rama más fructífera es probablemente la de las aplicaciones biomédicas, con muchos fármacos ya en el mercado desarrollados a partir de toxinas de venenos animales. Captopril®, por ejemplo, es el primer medicamento derivado de un veneno aprobado para uso terapéutico por la Agencia de Medicamentos y Alimentos de Estados Unidos. Este fármaco, que se usa para tratar la hipertensión arterial,

Venenos, toxinas y especies marinas

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Figura 1. Lineus lacteus. Foto: Aida Verdes.

Figura 2. Tubulanus superbus. Foto: Juan Junoy.

Figura 3. Baseodiscus sp. engullendo a un pez. Foto: Patrick Webster.

Figura 4. Pez globo. Foto: Sven Bachström en Pixabay.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

fue desarrollado a partir de un compuesto aislado del veneno de la serpiente Bothrops jararaca, endémica del sur de Brasil, noreste de Paraguay y norte de Argentina. Prialt® es otro claro ejemplo del potencial terapéutico de los venenos animales. Es un derivado del veneno del caracol marino Conus magus que se usa como analgésico en pacientes con dolor crónico. Es mil veces más potente que la morfina y además no presenta efectos adictivos como sí ocurre con los opiáceos. Sabemos muy poco a cerca de los numerosos invertebrados marinos venenosos que habitan nuestros océanos, de los venenos y toxinas que utilizan para paralizar a sus presas o para defenderse de posibles depredadores. Y estas moléculas, que han sido perfeccionadas durante millones de años de evolución, no solo nos ayudarán a entender procesos biológicos y evolutivos fundamentales, sino que también pueden darnos la clave para producir compuestos químicos respetuosos con el medio ambiente o curar innumerables enfermedades. Pero para llegar a esa meta, es necesario fomentar y financiar la investigación básica, uno de los pilares fundamentales para sentar las bases de conocimiento que permitirán el avance de nuestra sociedad.

PARA SABER MÁS

Cortes, A. (28 de julio de 2020). Venenos del mar que curan. El País. https://bit.ly/3iiA14O. Göransson, U., Jacobsson, E., Strand, M., & Andersson, H. S. (2019). The Toxins of Nemertean Worms. Toxins, 11(2): 120. https://doi.org/10.3390/toxins11020120. Jacobsson, E., Andersson, H. S., Strand, M., Peigneur, S., Eriksson, C., Lodén, H., ... & Göransson, U. (2018). Peptide ion channel toxins from the bootlace worm, the longest animal on Earth. Scientific Reports, 8, 4596. https://doi. org/10.1038/s41598-018-22305-w. Verdes, A., Anand, P., Gorson, J., Jannetti, S., Kelly, P., Leffler, A., ... & Holford, M. (2016). From mollusks to medicine: A venomics approach for the discovery and characterization of therapeutics from Terebridae peptide toxins. Toxins, 8(4), 117. https://doi. org/10.3390/toxins8040117. Verdes, A., & Holford, M. (2018). Beach to Bench to Bedside: Marine Invertebrate Biochemical Adaptations and their Applications in Biotechnology and Biomedicine. En M. Kloc & J. Z. Kubiak (Eds.), Marine Organisms as Model Systems. Springer International Publishing (pp. 359-376). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-31992486-1.

Venenos, toxinas y especies marinas

Muestreando en Galicia. Foto: Juan Junoy.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos aporta esperanza y crecimiento, porque nos proporciona las herramientas para encontrar la solución ante cualquier desafío y el conocimiento necesario para entender el mundo que nos rodea y construir un futuro mejor. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Es difícil decidir qué es lo más interesante o apasionante de mi carrera como investigadora, pero si tuviera que elegir, probablemente diría que es la emoción del descubrimiento. Sumergirme

en el mar a bucear sin saber exactamente qué voy a encontrar, esa sensación mágica de asombro e ilusión al observar algo por primera vez, o la satisfacción de encontrar la ansiada solución a un problema. La ciencia mantiene viva la curiosidad y creatividad que a veces perdemos al hacernos mayores, ya que nos permite preguntarnos el porqué de las cosas y dedicar el tiempo necesario a plantear hipótesis y diseñar experimentos para encontrar las respuestas. Es un privilegio dedicar mi tiempo a observar, descubrir, reevaluar ideas, conceptos y cambiar el rumbo una y mil veces para seguir avanzando, porque la investigación es un proceso continuo y permanente de aprendizaje. Y eso es maravilloso.

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LAS ESPECIES INVASORAS ACUÁTICAS EN LA PENÍNSULA IBÉRICA

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ANABEL PERDICES Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

ANNIE MACHORDOM Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

BELÉN MARTÍNEZ OLMEDO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Según se subraya en la Evaluación de los Ecosistemas del Milenio, las especies exóticas invasoras, o comúnmente, especies invasoras, son una de las principales causas de pérdida de biodiversidad y de alteraciones en los ecosistemas. Se trata de especies que han sido introducidas por la acción humana (voluntaria o involuntariamente) fuera de su área de distribución natural, y que producen graves impactos en los ecosistemas. A pesar de que el ser humano ha traslado especies de plantas y animales desde la antigüedad, esta actividad se ha incrementado de forma alarmante en las últimas décadas. El ritmo de introducción de especies invasoras en los ecosistemas se ha disparado y las aguas continentales de la península ibérica, por ejemplo, ríos, lagos o lagunas, no son una excepción, pasando del establecimiento de una especie invasora por década a una o dos por año (Anastácio et al., 2019; Cobo et al., 2010). Actualmente se reconocen 200 especies invasoras establecidas en las aguas continentales de la península ibérica y 272 potencialmente invasoras (Oliva-Paterna et al., 2021a, 2021b). La mayoría pertenece al grupo de los invertebrados (57,5 %), principalmente cangrejos y moluscos, seguidos por las plantas, hongos y macroalgas (22 %), y por último, el grupo de los vertebrados (20,5 %), siendo los peces el mayoritario dentro de este grupo representando el 16 % del total (Fig. 1).  uestreo con pesca eléctrica en el río M Hozgarganta en Jimena, Cádiz, España. Foto: Jose Miguel Ortíz.

Esta situación es especialmente grave en nuestro territorio, ya que los ecosistemas acuáticos de España y Portugal albergan una riqueza y exclusividad de especies muy elevada. En el caso de los peces de agua dulce, el 80 % de las especies son endémicas, por lo tanto, exclusivas de nuestras aguas, no pudiéndose encontrar en ningún otro ecosistema acuático del mundo. Pero esta riqueza está en riesgo: el 93 % de los endemismos tiene alguna categoría de amenaza, situación agravada por la presencia de las especies invasoras (Cabral et al., 2005; Doadrio, 2001). Así, si hoy fuéramos a pescar a cualquiera de las principales cuencas hidrográficas ibéricas, la probabilidad de encontrar un pez nativo o uno invasor, sería la misma (Fig. 2). La globalización y el cambio climático, junto con el incremento del comercio internacional, nuestras prácticas abusivas en la agricultura y la destrucción del medio ambiente, han incrementado la introducción y el establecimiento de especies invasoras, con el resultado de la pérdida de biodiversidad nativa a nivel mundial. Se calcula que en torno al 10-15 % de las especies exóticas que llegan a un nuevo territorio se convierten en invasoras (Williamsom y Fitter, 1996), siendo el impacto sobre los ecosistemas nativos catastrófico. Una vez que las especies invasoras han conseguido establecerse en el medio natural, su erradicación requiere de un coste técnico y social muy importante, destinándose una inmensa cantidad de recursos económicos para mitigar los daños producidos en los ecosistemas: solo en Europa se destinan más de 12 000 millones de euros al año.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

«LA PREVENCIÓN, LA EDUCACIÓN Y LA CONCIENCIACIÓN SON LAS MEJORES HERRAMIENTAS PARA MINIMIZAR LA ENTRADA DE LAS ESPECIES INVASORAS Y EVITAR SU LLEGADA AL MEDIO NATURAL»

Pero ¿cómo llegan las especies invasoras a los ecosistemas naturales? Las vías de entrada son múltiples, aunque siempre están relacionadas con la actividad humana y presentan diferentes grados de voluntariedad, desde una dispersión no asistida o un escape, a una introducción o suelta. Dependiendo del grupo de organismos, su llegada al medio natural se produce de forma diferente, pero se trata siempre de vectores de introducción ligados a diferentes sectores económicos como la pesca, la acuicultura, la jardinería, los animales de compañía o mascotas, el turismo o el comercio. Hoy en día, la concienciación social sobre la problemática de las introducciones de especies invasoras (o potencialmente invasoras) es mucho mayor, gracias al incremento del conocimiento sobre sus posibles consecuencias negativas, tanto a nivel ecológico como socioeconómico y sanitario. A nivel internacional y bajo el amparo de las diferentes Estrategias sobre la Biodiversidad, uno de los principales objetivos para abordar de forma eficiente las amenazas de las especies invasoras ha sido, hasta ahora, el identificar las vías de entrada para el control de las mismas, así como proporcionar un marco legal para su gestión. En el ámbito de los países europeos se trabaja en la Estrategia sobre Diversidad Biológica con el horizonte de su cumplimento en el año 2030 y con el objetivo prioritario de recuperar la biodiversidad, reconociendo que no será posible si no se aborda el problema de las especies invasoras. Por ello, se han desarrollado diferentes estrategias y programas de gestión, tanto a nivel europeo como nacional, para tratar la problemática de las especies invasoras mediante programas de control o erradicación, los cuales en algunos casos presentan un dilema ético para una parte de la sociedad. Sin embargo, todos los sectores están de acuerdo en que la

prevención, la educación y la concienciación son las mejores herramientas para minimizar la entrada de las especies invasoras y evitar su llegada al medio natural. Así, en el proyecto europeo LIFE INVASAQUA (www.lifeinvasqua.com) hemos desarrollado diferentes iniciativas para informar, concienciar y sensibilizar a los diferentes sectores relacionados con las especies invasoras acuáticas de la península ibérica. Entre estas iniciativas destacan las destinadas a los gestores medioambientales, como la publicación de listados prioritarios de especies exóticas y líneas estratégicas para su gestión. Igualmente, destacan las dirigidas al público en general, como exposiciones itinerantes, cursos de formación para estudiantes o eventos de divulgación de ciencia, como los desarrollados en los últimos años en el Museo Nacional de Ciencias Naturales (Fig. 3). Todas estas iniciativas pretenden, por tanto, contactar con todo tipo de público para aumentar el conocimiento sobre las especies invasoras y así, entre todos, poder aplicar el principio de precaución y prevención sobre ellas con el fin último de la conservación de la biodiversidad.

LAS ESPECIES INVASORAS ACUÁTICAS EN LA PENÍNSULA IBÉRICA

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ESPECIES INVASORAS ACUÁTICAS ESTABLECIDAS EN LA PENÍNSULA IBÉRICA

Plantas, hongos y macroalgas 22 % (44)

Invertebrados 57,5 % (115)

Peces 16 % (32) Vertebrados no peces 4,5 % (9) 2

93% 93%

Especies nativas amenazadas

Especies nativas amenazadas

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NT VU EN CR EW EX

NT VU EN CR EW EX

No Preocupación Casi Vulnerable evaluado menor Amenazada

No Preocupación Casi Vulnerable evaluado menor Amenazada

Categorías de la Lista Roja (UICN)

En Peligro

En Peligro

En Peligro Crítico

Extinta en Extinta Estado En Peligro Silvestre Extinta en Extinta

Crítico

18%

Especies 18% nativas En Peligro Crítico Especies nativas

En Peligro Crítico

Estado Silvestre

Categorías de la Lista Roja (UICN)

De cada 10 especies de peces que habitan en nuestros ríos entre De4cada 10 invasoras. especies y 6 son

de peces que habitan en nuestros ríos entre 4 y 6 son invasoras.

Figura 1. Frecuencia relativa en porcentaje y, entre paréntesis, número total de especies de los diferentes grupos taxonómicos invasores de las aguas continentales de la península ibérica. Modificado de: Lista de especies exóticas acuáticas de la península ibérica (2020). Oliva-Paterna et al. (2021a).

Figura 2. Grados de amenaza de las especies de peces nativas en la península ibérica y proporción de especies nativas frente a especies invasoras de peces en los ríos ibéricos. Fuente: Exposición «¡Cuidado! Invasoras acuáticas», LIFE INVASAQUA LIFE17 GIE/ ES/000515, MNCN, CSIC.

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ESTRATEGIAS PARA SOBREVIVIR

PARA SABER MÁS

Anastácio, P. M., Ribeiro, F., Capinha, C., Banha, F., Gama, M., Filipe, A. F., ... & Sousa, R. (2019). Non-native freshwater fauna in Portugal: A review. Science of the Total Environment, 650, 1923-1934. Cabral, M. J. (Coord.), Almeida, J., Almeida, P. R., Dellinger, T., Ferrand de Almeida, N., Oliveira, M. E., ... & SantosReis, M. (Eds.) (2005). Livro Vermeho dos Vertebrados de Portugal. Instituto da Conservação da Natureza. Lisboa. Cobo, F., Vieira-Lanero, R., Rego, E., Servía, & M. J. (2010). Temporal trends in non-indigenous freshwater species records during the 20th century: a case of study in the Iberian Peninsula. Biodiversity and Conservation, 19(12), 3471-3487. Doadrio, I. (Ed.). (2001). Atlas y Libro Rojo de los peces continentales de España. Ministerio de Medio Ambiente / MNCN - CSIC. Oliva-Paterna F. J., Ribeiro F., Miranda, R., Anastácio P. M., García-Murillo P., Cobo F., ... & Zamora-Marín J. M. (2021a). Lista de especies exóticas acuáticas de la península ibérica (2020). Lista de especies exóticas acuáticas de la península ibérica (Informe técnico LIFE 17 GIE/ES/000515). LIFE INVASAQUA. http://www.lifeinvasaqua. com/main-files/uploads/2021/04/TR1_ Invasaqua_CAST_PDF_interact-1.pdf

Oliva-Paterna F. J., Ribeiro F., Miranda, R., Anastácio P. M., García-Murillo P., Cobo F., ... & Zamora-Marín J. M. (2021b). Lista de especies exóticas potencialmente invasoras de la península ibérica. (2020). Lista de especies exóticas potencialmente invasoras de la península ibérica. (Informe técnico LIFE 17 GIE/ES/000515). LIFE INVASAQUA . https://www.miteco.gob. es/es/biodiversidad/temas/conservacion -de-especies/listadeespeciesexoticas acuaticaspotencialmenteinvasorasdela peninsulaiberica_tcm30-529357.pdf Williamson, M., & Fitter, A. (1996). The varying success of invaders. Ecology, 77, 1661-1666.

LAS ESPECIES INVASORAS ACUÁTICAS EN LA PENÍNSULA IBÉRICA

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Actividades desarrolladas en el MNCN dentro del proyecto LIFE INVASAQUA durante la exposición «¡Cuidado! Invasoras acuáticas», con escuelas y visitantes. Figura 3_1. En el marco del 11F Día Internacional de la Niña y la Mujer en la Ciencia. Foto: Fernando Señor. Figura 3_2. Con público general, en la Noche Europea de los Investigadores 2020. Foto: José María Cazcarra.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? A través de la ciencia, y guiados por sus principios, se puede llegar a conocer y a explicar el mundo que nos rodea. Solo hay que abrir la ventana correcta. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Una de las grandes satisfacciones de la carrera científica es la de permitirte participar en el avance de la sociedad devolviendo los conocimientos generados en los proyectos

de investigación financiados con fondos públicos. Como científica es importante utilizar los mecanismos y herramientas de intercambio necesarios para una comunicación fluida de los resultados a la sociedad. Con ello, se facilita la integración y el uso de la ciencia en la vida cotidiana para un mejor entendimiento y gestión del mundo que nos rodea. Esta transferencia de conocimiento pretende facilitar y acompañar nuestro crecimiento colectivo como sociedad a la vez que se produce nuestro avance individual. Anabel Perdices

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RATEGIAS A BREVIVIR

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

UN PLANETA DE 4.000 MILLONES DE AÑOS

EL MNCN EN LA HISTORIA DE LA MICROBIODIVERSIDAD

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ALFONSO V. CARRASCOSA Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Los microbios son los seres vivos más abundantes del universo. Se calcula que puedan existir un billón de especies, de las cuales tan solo conocemos algunas decenas de miles, o lo que es lo mismo, menos del 0.01 %. Para hacernos una idea cabal de lo que supone la microbiodiversidad, basta decir que se estima que las plantas y animales que podemos ver sin microscopio son unos de diez millones de especies, de las cuales solo conocemos algo más de un millón. De la microbiodiversidad comenzó a saberse en profundidad después de surgir la microbiología, a finales del siglo xix, de la mano del químico francés Louis Pasteur (1822-1895), inventor de la pasteurización, que descubrió la existencia de los microbios estudiando el vino y las enfermedades de animales como el gusano de seda. A partir de estos descubrimientos enunció la teoría microbiana de la fermentación y la teoría microbiana de las enfermedades infecciosas, siendo esta última y los estudios y descubrimientos posteriores, la principal causa de que se hayan alcanzado las esperanzas de vida que pueden disfrutarse en la actualidad. A causa de estos descubrimientos microbiológicos iniciales, las principales vías de propagación de la incipiente microbiología fueron la médica y la agroalimentaria, de la mano del microscopio, instrumento científico por excelencia. El equivalente a Pasteur en España fue Jaume Ferrán i Clúa (1851-1929), primer productor de levaduras para la elaboración del vino e inventor de la vacuna contra el cólera humano, al que el Consejo

Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) dedicó un instituto en 1950. Contemporáneo a los orígenes de la microbiología fue el pronunciamiento de la teoría de la evolución por Charles Darwin (1809-1882), que contribuyó de manera determinante a pasar de un esquema fijista de aparición instantánea de la vida en la Tierra, a otro dinámico, en cuyo origen se situarían formas de vida microscópicas, sencillas y unicelulares, siendo hoy comúnmente aceptado que los primeros seres vivos que poblaron nuestro planeta serían microbios que habitarían los mares. Algunos de ellos desarrollaron la habilidad de utilizar la energía de la luz para sintetizar el alimento necesario para crecer y multiplicarse. Fue esta destreza, unida a la capacidad de romper el agua para obtener hidrógeno y unirlo a átomos de carbono, lo que permitió sintetizar azúcar. En este proceso se liberó oxígeno, algo que hizo de la atmósfera un entorno respirable para las plantas y animales que llegarían después. Y entonces surgieron otras formas de vida más complejas, una vida que ocupó diferentes entornos. Con el paso del tiempo los microbios llegarían a colonizar nuestro propio cuerpo: los llevamos puestos en una cifra superior al número de células que lo componen. Al conjunto se le denomina microbioma humano, localizándose en su mayor parte en el intestino. Los expertos dicen que del microbioma humano no conocemos ni la mitad. Y poco a poco llegó al ámbito de las ciencias naturales el interés por la microbiología. Los naturalistas

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«LOS ECOSISTEMAS MICROBIANOS SON HOY OBJETO DE ESTUDIO PARA NATURALISTAS DEL MNCN, QUE SIGUEN CONTRIBUYENDO A LA HISTORIA DE LA MICROBIODIVERSIDAD»

se pertrecharon de microscopios y se pusieron a descubrir y estudiar los microbios de la naturaleza. Precisamente, algunos de ellos trabajaron en el hoy Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCNCSIC) –que celebra su 250 aniversario– y se interesaron por los microbios después de realizar una estancia en la Estación Marítima de Santander, creada al hilo de las recomendaciones realizadas por la Real Sociedad Española de Historia Natural (RSEHN), que celebra su 150 aniversario. Tal fue el caso de Celso Arévalo Carretero (1885-1944), que estudió los microbios del plancton del estanque del Parque del Retiro, o el de Antonio de Zulueta Escolano (1885-1971), Emilio Fernández Galiano (18851953) –que sería discípulo de Cajal y director del MNCN– y Dimas Fernández-Galiano (1921-2002) –la primera mujer que presidió la RSEHN en 19901991 fue discípula suya y se llamó Carmen Téllez Nogués (1944-1996)–, que se interesarían por los microbios parásitos de anfibios. Entre ellos surgió una mujer, la paleontóloga Trinidad del Pan Arana (1922-1990), que estudió los microforaminíferos prehistóricos. Luego vinieron más. Mención aparte merece el caso de José Madrid Moreno (1863-1936), que llegaría a ser jefe de la Sección de Bacteriología del Laboratorio Municipal de Higiene de Madrid, y tendría entre sus responsabili­ dades el control microbiológico de los alimentos de la capital de España. Porque resulta que además de muy numerosos y diversos, los microbios son ubicuos, es decir, están en todas partes, incluidos los alimentos, entre otras cosas porque comen lo mismo que nosotros. Su presencia natural o fortuita en este sustrato es algo que se pretende evitar, dado que son capaces de alterarlos hasta hacerlos inútiles para ser comidos, produciéndose así cuantiosas pérdidas económicas. El riesgo climático puede hacer que esta presencia natural o fortuita crezca, ya que variaciones de

temperatura o lluvias determinan las condiciones de vida de los microbios. Que la temperatura y la humedad aumenten –como es de esperar ante el cambio climático– hace que los microbios se reproduzcan a mayor velocidad, crezca su concentración y los efectos de la misma. Un incremento de microbios en los alimentos ha de favorecer su deterioro y la consiguiente disminución de los aptos para el consumo, pudiendo indirectamente verse aumentada la malnutrición, por no poder acceder la población al mínimo de alimentos necesarios para que esta no se produzca, lo que es conocido como seguridad alimentaria. Dependiendo del tipo, los microbios también podrían terminar causando toxiinfecciones (enfermedades graves) en el consumidor. También esto es materia de la seguridad alimentaria. Por ello, la cadena alimentaria humana es protegida con todo un entramado de barreras físicas (calor, frío, envasado…) y químicas (sal, aditivos…) que al fin y a la postre evitan la aparición de los efectos no deseados de los microbios. Todo ello es posible mediante el estricto cumplimiento de una de las legislaciones más exigentes del mundo, no obstante la cual bacterias como Salmonella spp., principal contribuyente a las enfermedades transmitidas por los alimentos, causó más de 50 000 muertes en 2010. Pero no todos los microbios son malos para la alimentación humana. Los hay que nos ayudan a producir los denominados alimentos fermentados. De entre ellos hay que destacar la levadura Saccharomyces cerevisiae, con la que se produce nada menos que el pan, la cerveza o el vino. Después están las bacterias lácticas, que producen acidez y con ella contribuyen a aumentar la vida útil de los alimentos. Con ellas se hacen el yogur, el queso o los embutidos fermentados, entre otros. A muchas de estas bacterias nos las comemos vivas, y algunas hasta pueden quedarse a vivir en nuestro intestino y mejorar nuestra salud, como las bifidobacterias incluidas en los probióticos, formando parte así del microbioma humano.

EL MNCN EN LA HISTORIA DE LA MICROBIODIVERSIDAD

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Figura 1. Microscopio de campo utilizado por naturalistas para el estudio de la microbiodiversidad in situ. Foto: Colección de Instrumentación Científica del MNCN-CSIC.

Figura 2. Fumarola de los fondos oceánicos similar a donde dicen pudo aparecer la vida sobre la Tierra, en forma de pequeños microbios. Los fondos oceánicos son los mayores reservorios de microbiodiversidad aún a día de hoy. Foto: MARUM, University of Bremen, Alemania.

Figura 3. Dimas Fernández-Galiano, naturalista que originó la Escuela de Madrid de Ciliatología y que se formó y trabajó en el Instituto José de Acosta, al que perteneció el MNCN. Foto: Archivo Familiar.

Figura 4. Cianobacterias del desierto del Néguev, Israel: microbios similares fueron los primeros en utilizar la luz solar para producir oxígeno y azúcar a través dela fotosíntesis. Foto: Imagen TEM cedida por los Dres. Asunción de los Ríos, Carmen Ascaso y Janeckz Wierzchos del MNCN-CSIC.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

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Figura 5_1. Lámina de microforaminíferos, integrantes de la microbiodiversidad prehistótica que estudió la naturalista Trinidad del Pan Arana durante su vinculación al Instituto José de Acosta, al que perteneció el MNCN. Lámina en: Del Pan, T. (1957). Estudio de microforaminíferos miocénicos del Aljarafe (Sevilla). Boletín de la Real Sociedad Española de Historia Natural, Sección Geología, LV (1) 131-186.

Figura 5_2. Trinidad del Pan Arana, paleomicrobióloga del MNCN y socia fundadora de la Sociedad Española de Microbiología, que celebra su 75 aniversario.

Figura 6. La levadura Saccharomyces cerevisiae, microbio con el que se hacen el pan, el vino y la cerveza, alimentos seguros que no caducan. Foto: A.V. Carrascosa. Imagen in vivo tomada mediante microscopía óptica con Contraste Nomarsky.

EL MNCN EN LA HISTORIA DE LA MICROBIODIVERSIDAD

Los microbios sirven para medir los efectos de los cambios medioambientales, dada su sensibilidad a la temperatura y la humedad. Los ecosistemas microbianos son hoy objeto de estudio para naturalistas del MNCN como Asunción de los Ríos y otros, que siguen contribuyendo a la historia de la microbiodiversidad, esa gran desconocida que, a buen seguro, no va a dejar de asombrar y ayudar a la humanidad a seguir adelante. PARA SABER MÁS

Carrascosa, A. V. (2011). Los microbios que comemos. CSIC - Los Libros de la Catarata. Carrascosa, A. V. (2020). El Instituto José de Acosta y el desarrollo de la microbiología en España. En Carolina Martín Albaladejo (Ed.), Del elefante a los dinosaurios. 45 años de historia del Museo Nacional de Ciencias Naturales, 1940-1985 (pp. 173-212). Doce Calles Ediciones. Carrascosa, A. V., & García, M.ª J. (2021). Emilio Fernández Galiano y el desarrollo de la protozoología en España. En Alfonso V. Carrascosa y Mª José Báguena (Eds.), El desarrollo de la microbiología en España (Vol. 2, pp. 253-306). Centro de Estudios Ramón Areces. Carrascosa, A. V., & Martín Albaladejo, C. (2015). Los naturalistas del Museo Nacional de Ciencias Naturales y los orígenes de la microbiología en España. En Fernando A. González Redondo (coord.), Ciencia y Técnica: entre la paz y la guerra. 1714-1814-1914 (pp.439-446). Sociedad Española de Historia de las Ciencias y de las Técnicas. Carrascosa, A. V., Muñoz, R., & González, R. (2011). Molecular Wine Microbiology. Academic Press.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La microbiología contribuye de manera determinante al mejor conocimiento de la parte más importante de la biodiversidad, algo que ha de repercutir directa y favorablemente tanto en la conservación del medio ambiente como en el mantenimiento de nuestra especie en la Tierra. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Llegué a la microbiología de la mano de naturalistas que se formaron en el MNCN, en concreto de Dimas Fernández-Galiano. Profundizar en el estudio del manejo de levaduras para elaborar vino y en el conocimiento de los compuestos que se generan durante ese proceso enológico, compuestos de potencial uso como antimicrobianos naturales tanto en conservación de alimentos como en sanidad, me ha llevado sin darme cuenta a interesarme por el estudio de las personas e instituciones que han hecho posible el desarrollo de la microbiología en la España contemporánea.

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HUMANOS, ANIMALES Y MICROORGANISMOS ASOCIADOS

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LUIS BOTO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

MANUEL PINEDA (†)

RAFAEL PINEDA Departamento de Biología Celular, Patología e Inmunología. Instituto Maimónides de Investigación Biomédica de Córdoba, Universidad de Córdoba

Grupo Fisiología Molecular y Biotecnología de Plantas, Universidad de Córdoba

A lo largo de la historia, el hombre y los diferentes animales han venido siendo considerados como entidades individualizadas, capaces de establecer relaciones ecológicas entre ellas, relaciones que, por otra parte, han modulado su evolución. Sin embargo, en los últimos tiempos, resulta cada vez más claro que tanto el hombre como los diferentes animales conviven con una multitud de microorganismos asociados (bacterias, arqueas y eucariotas unicelulares) y virus que forman parte de las diferentes microbiotas que habitan en los diferentes sistemas corporales y constituyen sus correspondientes microbiomas (digestivo, oral, ocular, urogenital, etc.) (Fig. 1), estableciendo relaciones ecológicas con ellos más allá de las relaciones interespecíficas, de tal manera que estas relaciones han contribuido también a modular su evolución y su fisiología. En este sentido, se ha acuñado en los últimos años el término holobionte para definir al conjunto de un animal y sus microorganismos asociados, considerando algunos autores (aunque existe controversia a este respecto) que este holobionte constituye en sí mismo un sujeto evolutivo. De todos es más o menos conocido que los rumiantes poseen bacterias en su aparato digestivo que facilitan su dieta herbívora, proporcionando enzimas que hacen posible la digestión de los vegetales de que se alimentan. Algo similar sucede con algunos insectos y nematodos fitófagos, donde su asociación con determinadas bacterias endo-

simbióticas ha facilitado su adaptación a una dieta herbívora, posibilitando así la degradación de las paredes vegetales que, de otra manera sería imposible, con el único arsenal codificado en los genomas de estos animales. Por otro lado, esponjas y corales establecen simbiosis con bacterias marinas y algas que ofrecen protección frente a otras bacterias y contribuyen al flujo de nutrientes. Hoy sabemos que muchos otros animales dependen también de sus organismos asociados en mayor o menor medida y que poseen microbiomas cuya mayor o menor complejidad están empezando a revelar las técnicas de metagenómica, que permiten identificar los genomas presentes en estas comunidades aun cuando los organismos que albergan estos genomas sean desconocidos para la ciencia y no cultivables en el laboratorio. En el caso del hombre, hoy es claro que un equilibrio entre los organismos que habitan sus microbiomas es vital para mantener la salud, ya que la presencia de estos microorganismos proporciona protección frente a otros posibles microorganismos patógenos que puedan llegar de manera ocasional a estas comunidades, a través de la producción de sustancias antimicrobianas. Además, esta microbiota supone una fuente de compuestos necesarios para la correcta fisiología de los sistemas corporales en los que habitan, de tal manera que desequilibrios en estas comunidades son causa de importantes desequilibrios no solo en los

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«EL HOMBRE NO ESTÁ SOLO EN LA NATURALEZA, SINO QUE INTERACCIONA CON OTRAS ESPECIES (MASCOTAS, GANADERÍA, FAUNA SALVAJE) CON SUS PROPIOS MICROORGANISMOS ASOCIADOS»

sistemas de los que forman parte (la obesidad es un caso de desequilibrio del microbioma intestinal, por ejemplo), sino también sobre órganos y sistemas lejanos. En este sentido, cada vez es más claro que desequilibrios en el microbioma intestinal afectan al cerebro y parece que pueden estar implicados en enfermedades neurodegenerativas tipo Parkinson. Pero el hombre no está solo en la naturaleza, sino que interacciona con otras especies (mascotas, ganadería, fauna salvaje) con sus propios microorganismos asociados, y la propia actividad humana impacta en suelos y aguas que poseen también sus propios microorganismos, a través del vertido de productos procedentes de la industria, la alteración de suelos por agricultura, la eliminación de residuos de ganadería intensiva, etc. (Fig. 2). En los últimos veinte años se ha demostrado que los microorganismos son capaces de intercambiar genes entre sí de forma masiva y, en algún caso, entre ellos y sus huéspedes animales, a través de lo que se conoce como transferencia génica horizontal. Y que este intercambio de genes está implicado en la diseminación de resistencias a antibióticos (un problema de gran magnitud al amenazar el uso de antibióticos como agentes frente a enfermedades infecciosas) y posiblemente en la aparición de nuevos patógenos por la adquisición de genes de patogenicidad por especies bacterianas inicialmente inocuas, con el consiguiente impacto sobre la salud humana. Ante esto, es claro que entender cómo interaccionan humanos, animales y sus microorganismos asociados cobra una gran relevancia en el siglo xxi para tratar de adelantarse a enfermedades emergentes y amenazas a la integridad de la especie humana, como desgraciadamente hemos tenido la oportunidad de aprender en el caso de la COVID-19.

Pero también es importante para entender cómo humanos y animales han evolucionado y se han adaptado a circunstancias cambiantes con la ayuda de estas comunidades de microorganismos. Valga como ejemplo la adquisición por transferencia horizontal de genes procedentes de bacterias marinas posiblemente ingeridas por parte de bacterias intestinales en la población japonesa, que ha facilitado la digestión de las algas que forman una parte importante de la dieta en esta población.

HUMANOS, ANIMALES Y MICROORGANISMOS ASOCIADOS

Figura 1. Los humanos vivimos en estrecha relación con microorganismos. Los diferentes colores de cada una de las formas representan especies diferentes de cada tipo de organismo. Virus

Bacterias

Eucariotas

Arqueas

Bacterias

Eucariotas

Arqueas

Virus

Figura 2. Los humanos interaccionamos con otros microbiomas como fruto de nuestras actividades, pudiendo alterar estos y vernos a su vez afectados por estos microbiomas.

Microbiomas de ganado

Microbiomas de suelos

Microbiomas de aguas y fauna

Humanos

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

PARA SABER MÁS

Boto, L., Pineda, M., & Pineda, R. (2019). Potential impacts of horizontal gene transfer on human health and physiology and how anthropogenic activity can affect it. The FEBS Journal, 286(20), 3959-3967. Hehemann, J. H., Correc, G., Barbeyron, T., Helbert, W., Czjzek, M., & Michel, G. (2010). Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota. Nature, 464(7290), 908-912. Moran, N. A., & Sloan, D. B. (2015). The hologenome concept: helpful or hollow? PLoS Biology, 13(12), e1002311. Salvucci, E. (2016). Microbiome, holobiont and the net of life. Critical Reviews in Microbiology, 42(3), 485-494. Willyard, C. (2021). How gut microbes could drive brain disorders. Nature, 22-25.

HUMANOS, ANIMALES Y MICROORGANISMOS ASOCIADOS

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos ayuda a tratar de responder las tres clásicas preguntas : ¿Quiénes somos? ¿De dónde venimos? ¿Hacia dónde vamos?

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Lo más interesante de mi carrera científica es levantarme cada mañana sabiendo que a lo largo del día voy a aprender algo nuevo. Luis Boto

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ÚLTIMOS REFUGIOS DE VIDA EN EL AMBIENTE POLIEXTREMO DEL DESIERTO DE ATACAMA Y ANÁLOGOS DE MARTE

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JACEK WIERZCHOS Departamento de Biogeoquímica y Ecología Microbiana, MNCN-CSIC

La presencia de agua es la condición primordial para la existencia de vida. Ya Leonardo da Vinci decía que «El agua es la fuerza motriz de toda la naturaleza». Existen varias regiones extremadamente áridas en nuestro planeta. Sin embargo, hay un desierto que bate todos los récords de escasez de agua y este es el desierto de Atacama. El desierto de Atacama, situado en el norte de Chile, es 200 veces más seco que el Sahara y unas 50 veces más seco que el Valle de la Muerte en EE. UU. Allí el agua que procede de las muy escasas lluvias no puede ser la fuente de vida. Además, hace aproximadamente 15 millones de años que el desierto de Atacama está en estas condiciones de aridez extrema, y por lo tanto es un lugar extremadamente hostil para cualquier forma de vida. Mi interés científico con el desierto de Atacama empezó con un desafío científico, cuando en 2005 un grupo de científicos de la NASA llegó a la conclusión de que la región central de este desierto es un límite absoluto de vida fotosintética microbiana en la Tierra. Fui invitado por estos investigadores y participé en junio de 2005 en la expedición de la NASA con un único objetivo: descubrir la vida, aunque microbiana, en este desierto hiperárido. Todo allí es muy sorprendente, como las oscilaciones de temperatura de unos 60 ºC, una radiación de ultravioleta mortal

 aisaje del Valle de la Luna P en desierto de Atacama, Chile. Foto: J. Wierzchos.

y la absoluta falta de humedad relativa del aire durante el día. Pero lo más chocante es que en gran parte de este desierto la precipitación es de tan solo 1 mm por año, lo que supone un ambiente hostil y poliextremo para la vida. No hay duda que, sin agua líquida, la vida tal como la conocemos en nuestro planeta no tiene ninguna posibilidad de existir. Entonces comencé a buscar las fuentes de agua, pero a escalas microscópicas. Los espacios más privilegiados para la preservación de agua y, por ende, para la vida, serían los espacios microporosos dentro de las rocas. Este hábitat puede proteger a los microorganismos endolíticos –que viven dentro de las rocas– de la radiación, y al tener una alta porosidad puede condensar y almacenar pequeñas cantidades de agua. El primer objetivo de nuestras investigaciones ha sido las rocas porosas compuestas de halita, es decir, de sal común (NaCl). Sabemos que la sal es higroscópica, que significa que es capaz de absorber el vapor de agua de la atmósfera y depositarlo en su interior en forma de agua líquida. Incluso para nosotros fue una enorme sorpresa encontrar vida microbiana en forma de cianobacterias, arqueas y bacterias heterótrofas dentro de estas rocas porosas y translúcidas de sal (Wierzchos et al., 2006). Este descubrimiento de vida dentro de las rocas de sal fue el principio de una investigación apasionante. A partir de este momento he organizado siete expediciones científicas al desierto de Atacama. El objetivo de estas misiones ha sido la búsqueda de otros hábitats colonizados por microorganismos. A lo largo de los últimos años, colaborando estrechamente

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«EXISTEN MUCHAS PROBABILIDADES DE QUE DENTRO DE LAS ROCAS DE MARTE TODAVÍA PUEDAN PRESERVARSE HUELLAS DE VIDA MICROBIANA, DE LA MISMA FORMA QUE EXISTEN EN EL DESIERTO DE ATACAMA»

con la Prof. Carmen Ascaso (MNCN-CSIC) y otros investigadores de nuestro grupo de investigación EcoGeo (Ecología Microbiana y Geomicrobiología), hemos encontrado vida microbiana endolítica dentro de las rocas compuestas de yeso, calcita y de rocas de origen volcánico tales como riolitas e ignimbritas (Wierzchos et al., 2018). Todos estos hábitats, actúan como «islas de vida» y están esparcidos a lo largo de unos mil kilómetros a lo largo del desierto de Atacama, en su parte central. De forma paralela, estamos realizando estudios de las condiciones ambientales extremas teniendo en mente los cambios climáticos que pudieron extinguir la vida en el pasado en este desierto. La colonización endolítica puede ser vista como último refugio de los microorganismos para evitar el estrés ambiental, donde la arquitectura de las rocas habitables facilita una protección eficiente contra la radiación UV letal y proporciona estabilidad física (Wierzchos et al., 2015). Pero sobre todo es un microhábitat con mayor humedad. Sin embargo, hemos percibido que esta estrategia de evitar el exterior y situarse dentro de las rocas no es siempre suficiente para la supervivencia, incluso dentro de los microhábitats endolíticos. Hemos visto que los microorganismos en estos microambientes son capaces de producir una serie de pigmentos que los pueden proteger adicionalmente contra de la radiación UV letal y/o el exceso de radiación fotosintéticamente activa (PAR) (Vítek et al., 2014; Wierzchos et al., 2015), por lo que pensamos que pigmentos y moléculas orgánicas complejas producidas por estos microorganismos pueden revelar propiedades interesantes en biotecnología. La importancia de estos estudios dentro del ámbito de la geomicrobiología y ecología microbiana de los ambientes extremos es obvia. Si pensamos algún día

descubrir vida o sus huellas en Marte, primero tenemos que aprender cómo hallarla en los ambientes poliextremos terrestres. Las condiciones climáticas en Marte, a día de hoy, en su superficie, son muy severas incluso para la vida microbiana. Pero Marte no siempre ha sido así. En tiempos remotos este planeta tenía enormes océanos y posteriormente las condiciones fueron muy parecidas a las del desierto de Atacama (Fairén et al., 2010). Es por eso que hay tanto interés en los estudios de ecología microbiana en este desierto, cuyas condiciones son análogas a las que había en el planeta rojo hace 2-3 mil millones de años y donde se ha detectado la presencia de los mismos minerales y rocas que los colonizados en el desierto de Atacama. En resumen, existen muchas probabilidades de que dentro de las rocas de Marte todavía puedan preservarse huellas de vida microbiana, de la misma forma que existen en el desierto de Atacama. Aumentar nuestro conocimiento del mundo microbiano será de gran ayuda para el gran reto de búsqueda y reconocimiento de vida en otros lugares, pues no se puede reconocer aquello que no se conoce. Pero hay otro objetivo importante también: caracterizar los procesos de desertificación, lo que nos puede dar una medida cuantitativa sobre el avance del indeseable cambio climático. Trabajamos en un equipo nacional e internacional de investigadores con diferentes especialidades, como expertos en microscopía, geólogos, biólogos, microbiólogos y expertos en biología molecular, bioquímicos, geomicrobiólogos, astrobiólogos y expertos en espectroscopía. Todas estas disciplinas científicas son imprescindibles para que estas investigaciones puedan llevarse a cabo.

Últimos refugios de vida en el ambiente poliextremo del desierto de Atacama y análogos de Marte

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Figura 1. Imagen de SEM-BSE de las cianobacterias endolíticas (flecha) dentro de la roca compuesta de yeso. Foto: J. Wierzchos y C. Ascaso.

Figura 2. Imagen de microscopía óptica (izda.) y de microscopía confocal (CLSM) (dcha.) de las endolíticas comunidades microbianas (flecha imagen izda.) y cianobacterias (rojo), arqueas y bacterias heterotróficas (verde) (imagen CLSM), halladas dentro de las rocas de sal (NaCl). Foto: J. Wierzchos.

Figura 3. Comparación de las imágenes de los paisajes del desierto de Atacama (arriba) y de «Columbia Hills» de Marte (abajo). Fotos: J. Wierzchos (Atacama) y Mars Exploration Rover Spirit, fot.# PIA05591, NASA/JPL/Cornell (Marte).

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

PARA SABER MÁS

Fairén, A. G., Davila, A. F., Lim, D., Bramall, N., Bonaccorsi, R., Zavaleta, J., ... & McKay, C. P. (2010). Astrobiology through the ages of Mars: the study of terrestrial analogues to understand the habitability of Mars. Astrobiology, 10(8), 821-843. Friedmann, E. I., Wierzchos, J., Ascaso, C., & Winklhofer, M. (2001). Chains of magnetite crystals in the meteorite ALH84001: Evidence of biological origin. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(5), 2176-2181. Vítek, P., Jehlička, J., Ascaso, C., Mašek, V., Gómez-Silva, B., Olivares, H., & Wierzchos, J. (2014). Distribution of scytonemin in endolithic microbial communities from halite crusts in the hyperarid zone of the Atacama Desert, Chile. FEMS Microbiology Ecology, 90(2), 351-366. Wierzchos, J., & Ascaso, C. (1994). Application of back-scattered electron imaging to the study of the lichen-rock interface. Journal of Microscopy, 175(1), 54-59. Wierzchos, J., Ascaso, C., & McKay, C. P. (2006). Endolithic cyanobacteria in halite rocks from the hyperarid core of the Atacama Desert. Astrobiology, 6(3), 415-422. Wierzchos, J., Casero, M. C., Artieda, O., & Ascaso, C. (2018). Endolithic microbial habitats as refuges for life in polyextreme environment of the Atacama Desert. Current Opinion in Microbiology, 43, 124-131.

Wierzchos, J., DiRuggiero, J., Vítek, P., Artieda, O., Souza-Egipsy, V., Skaloud, P., … & Ascaso, C. (2015). Adaptation strategies of endolithic chlorophototrophs to survive the hyperarid and extreme solar radiation environment of the Atacama Desert. Frontiers in Microbiology, 6, 934.

Últimos refugios de vida en el ambiente poliextremo del desierto de Atacama y análogos de Marte

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? ¿De dónde venimos? ¿Qué somos? ¿Por qué existimos? Estas son realmente importantes preguntas que vale la pena hacerse. Desde que existe el pensamiento científico, la ciencia nos está proporcionando un relato riguroso, imprescindible y fascinante sobre la evolución del universo, sobre la vida en la Tierra y la aparición del ser humano. Es la única herramienta que continuamente fomenta nuestros conocimientos, incrementa nuestro bienestar y protege nuestras vidas. Es el único y eficaz antídoto contra la ignorancia que conduce a la siempre muy falsa seguridad. Es el único camino en la continua búsqueda de la verdad. Por lo tanto, es el camino sembrado de preguntas y con el horizonte siempre más allá. Para mí este camino consiste en desvelar los secretos de la naturaleza del mundo invisible a simple vista, pero existente y bello cuando es iluminado con los electrones y fotones. Me siento personalmente muy orgulloso de participar en este viaje, en esta expedición que nunca se terminará para la humanidad. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Soy químico y siempre me ha interesado la geomicrobiología y ecología microbiana. Los microorganismos son muy pequeños y su entorno también lo es así que, desde el principio, mi carrera investigadora ha estado vinculada

al mundo de estrategias de investigación aplicando técnicas de microscopía electrónica y fotónica y microanálisis. El trabajo en microscopía es un gran reto, pero su aplicación en persecución de objetivos en las especialidades citadas es imprescindible. Precisamente, para alcanzar estos objetivos, he desarrollado junto la Prof. C. Ascaso una nueva técnica de observación de la interfase entre los microorganismos y la roca con microscopía electrónica de barrido en modo de electrones retrodispersados (SEM-BSE) (Wierzchos & Ascaso, 1994), aplicándola a muestras líticas que contienen microbiota —tras las fijación y preparación correspondiente para proporcionar a las células el contraste requerido— para su adecuada observación en modo BSE. La exitosa aplicación de esta técnica nos permitió conocer la microbiota viva y por ello poder identificar microfósiles microbianos dentro de rocas del desierto de los Valles Secos en la Antártida. Esta experiencia motivó a las autoridades de la NASA para invitar a la Prof. C. Ascaso y a mí para investigar el conocido meteorito de Marte - ALH84001 (Friedmann et al., 2001). Desde 2006 estoy investigando los ecosistemas microbianos endolíticos descubiertos por nosotros en el poliextremo desierto de Atacama y estos hallazgos han abierto nuevas e importantes líneas de investigación relacionadas con la búsqueda de huellas de vida en Marte, ecología microbiana en ambientes extremos y biotecnología.

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DIVERSIDAD MICROBIANA OCULTA EN LOS LUGARES MÁS REMOTOS E INHÓSPITOS DEL PLANETA

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ASUNCIÓN DE LOS RÍOS Departamento de Biogeoquímica y Ecología Microbiana, MNCN-CSIC

La biodiversidad es fundamental para preservar la vida en nuestro planeta tal y como la conocemos y garantizar un futuro sostenible para todos sus seres vivos, incluidos nosotros mismos. Cada especie tiene un papel clave en el ecosistema del que forma parte, aunque no haya sido todavía identificada o estén establecidas sus funciones. Por ello, es fundamental preservar esta biodiversidad y sus hábitats, para lo cual el primer paso a dar es conocerlos. Sin embargo, conocer la diversidad y complejidad de un ecosistema no es una tarea fácil cuando se analizan organismos que no pueden ser observados a simple vista, como los microorganismos. Su pequeño tamaño hace que para verlos sea necesario utilizar microscopios, que permiten observarlos en un tamaño aumentado haciendo así posible su caracterización e identificación. De esta manera, las técnicas de microscopía se constituyen como piezas fundamentales en la caracterización de la diversidad de los ecosistemas microbianos. Por otro lado, el desarrollo en los últimos años de técnicas de secuenciación que permiten analizar de forma masiva y paralela los distintos componentes de una comunidad natural, ha supuesto un gran avance en la estimación de la diversidad microbiana en nuestro planeta la que, por lo que vamos sabiendo, es mucho mayor de lo que se pensaba.

Figura 1. Valles secos de McMurdo. Foto: Asunción de los Ríos.

Respecto a la diversidad microbiana global, es todavía mucho lo que nos falta por conocer, especialmente aquella de lugares remotos como las regiones polares. En ellas, las áreas libres de hielo localizadas a las mayores latitudes y con condiciones ambientales más extremas, son zonas desérticas. En estos desiertos de temperaturas muy bajas, alta aridez y escasez de nutrientes, los ecosistemas microbianos son las principales formas de vida. Sin embargo, la diversidad microbiana no se ha explorado todavía en una gran parte de su extensión y además muchos de los microorganismos presentes están escondidos y son difíciles de descubrir. El grupo de Ecología microbiana y Geomicrobiología del MNCN del que formo parte ha contribuido al reconocimiento de esa diversidad a través del descubrimiento de distintos microorganismos que se esconden en las rocas antárticas. Los Valles secos de McMurdo son uno de los desiertos más extremos del planeta por su aridez, bajas temperaturas y fuertes vientos y está localizado en la costa oeste del estrecho de McMurdo (Antártida continental). Aparentemente son zonas sin vida (Fig. 1), en las que solo en ciertos valles es posible ver algunos líquenes y musgos en zonas protegidas. Sin embargo, nuestro grupo ha visto que sus rocas encierran una gran diversidad microbiana. Los microorganismos se han adaptado a colonizar microhábitats dentro de las rocas (microorganismos endolíticos) o bajo ellas (microorganismos hipolíticos), de forma que el sustrato lítico les aísla y protege del exterior y sus condiciones ambientales extremas (Fig. 2).

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«RESPECTO A LA DIVERSIDAD MICROBIANA GLOBAL, ES TODAVÍA MUCHO LO QUE NOS FALTA POR CONOCER, ESPECIALMENTE AQUELLA DE LUGARES REMOTOS COMO LAS REGIONES POLARES»

Los microorganismos endolíticos colonizan la porosidad interna de la roca, constituyendo una verdadera red dentro de ellas. Por lo general son comunidades formadas por distintos tipos de microorganismos y que establecen estrechas interrelaciones entre ellos y a su vez con el sustrato lítico. La distribución y organización de los microorganismos en la roca está determinada por sus propiedades físico-químicas y por los requerimientos propios de cada tipo de microorganismo, especialmente respecto a la luz y la humedad. Hay dos tipos principales de comunidades endolíticas en la Antártida, según el tipo de microorganismos dominante: comunidades dominadas por cianobacterias y comunidades dominadas por líquenes (De los Ríos et al., 2014a). Las comunidades hipolíticas se organizan de forma similar a las comunidades endolíticas, pero en este caso se sitúan bajo rocas translúcidas, en la interfase entre la roca y el suelo (De los Ríos et al., 2014b). El sustrato lítico de nuevo favorece la formación de microhábitats protegidos con microambientes apropiados para la colonización microbiana. Hay dos tipos fundamentales, comunidades dominadas por cianobacterias y comunidades dominadas por musgos, pero en ambos las cianobacterias juegan un papel fundamental. Los microorganismos en microhábitats endolíticos e hipolíticos constituyen consorcios especializados que facilitan la vida en ambientes extremos. Estos consorcios contienen productores primarios (cianobacterias y/o algas), consumidores (hongos) y descomponedores (bacterias heterótrofas), así como formas vivas, durmientes y muertas entremezcladas, todo lo cual favorece el reciclado de nutrientes y un funcionamiento autónomo (De los Ríos et al., 2014a). Por otro lado, estos microorganismos inducen acciones

físicas y químicas en el sustrato que colonizan y producen su biometeoriorización. Como resultado de estos procesos hay liberación de nutrientes en los microhábitats líticos, pero también en el suelo circundante, lo que tiene mucha importancia a nivel de ecosistema. Parte de estas comunidades ocultas en las rocas pueden permanecer durante largos periodos de tiempo prácticamente inactivas y sin cambios, pero también hay nueva colonización de roca. De la misma manera que en lo suelos, las rocas son colonizadas por procesos de sucesión primaria. Para poder caracterizar estos procesos de sucesión hemos estudiado las dinámicas de colonización de rocas de morrenas tras el retroceso de glaciares. Una vez que el glaciar retrocede, se quedan al descubierto suelos y rocas que previamente estaban cubiertos por el hielo y empieza el proceso de colonización. El análisis de morrenas a distinta distancia al frente glaciar permite analizar rocas en distinta fase de colonización. De esta manera se ha visto que la colonización endolítica precede a la colonización epilítica, incluso en áreas de la Antártida marítima donde existe una tundra muy desarrollada (Garrido-Benavent et al., 2020). Por ello, dado que el cambio climático está acelerando el retroceso de glaciares, la colonización de rocas puede verse también favorecida en las regiones polares y, gracias a su resiliencia, constituirse como importantes refugios de diversidad microbiana (Coleine et al., 2020).

DIVERSIDAD MICROBIANA OCULTA EN LOS LUGARES MÁS REMOTOS E INHÓSPITOS DEL PLANETA

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Colonización endolítica 2

Figura 1_1. Microorganismos fotosintéticos escondidos dentro de granitos de Valles secos de McMurdo (verde). Foto: Asunción de los Ríos.

Figura 2. Ilustración de los dos principales tipos de colonización en rocas en Valles secos de McMurdo, colonización endolítica (dentro de las rocas) y colonización hipolítica (bajo las piedras), con imágenes de microscopía de barrido de cada uno de los tipos. Fotos: Asunción de los Ríos.

Colonización hipolítica

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

 oca de morrena de un glaciar en R retroceso colonizada por líquenes en isla Livingston, Antártida. Foto: Asunción de los Ríos.

PARA SABER MÁS

Coleine, C., Stajich, J. E., De los Ríos, A., & Selbmann L. (2020). Beyond the extremes: Rocks as ultimate refuge for fungi in drylands. Mycología, 113, 108-133. De los Ríos, A., Wierzchos, J., & Ascaso C. (2014a). The lithic microbial ecosystems of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys. Antarctic Science, 26, 459-477. De los Ríos, A., Cary, C., & Cowan, D. (2014b). The spatial structures of hypolithic communities in the Dry Valleys of East Antarctica. Polar Biology, 37, 1823-1833. Garrido-Benavent, I., Pérez-Ortega, S., Durán, J., Ascaso, C., Pointing, S. B., & De los Ríos, A. (2020). Differential colonization and succession of microbial communities in rock and soil substrates on a Maritime Antarctic Glacier Forefield. Front Microbiol, 2(11), 126.

DIVERSIDAD MICROBIANA OCULTA EN LOS LUGARES MÁS REMOTOS E INHÓSPITOS DEL PLANETA

 ase Scott en la isla B de Ross, Antártida. Foto: Asunción de los Ríos.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? A través de la ciencia tenemos la oportunidad de entender cómo funciona el mundo en que vivimos y desarrollar nuevas habilidades y tecnologías que nos permitan, no solo aumentar la supervivencia mejorando nuestra salud y calidad de vida, sino también preservar los recursos naturales y culturales para futuras generaciones. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Uno de los pilares de mi investigación ha sido la aplicación de distintas técnicas de microscopía para caracterizar la diversidad y complejidad de comunidades microbianas. A pesar de llevar muchos años usando estas técnicas, me sigue resultando emocionante sentarme

frente al microscopio y ver cómo son estos diminutos organismos y cómo se relacionan y organizan formando comunidades complejas. Pero todavía es más emocionante estudiar los microorganismos de muestras que yo he recogido en sus ambientes naturales. La búsqueda de microorganismos que colonizan rocas de ambientes extremos y piedras del patrimonio cultural me ha dado la oportunidad de muestrear en lugares increíbles y de gran valor natural y artístico. El análisis posterior por combinación de técnicas de microscopía y biología molecular es, en esos casos, mucho más gratificante, especialmente cuando da lugar al descubrimiento de nuevas especies, en el primer caso, y puede contribuir a la conservación de monumentos pétreos de interés histórico, cultural o artístico, en el segundo.

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ROCAS CONSTRUIDAS POR BACTERIAS: LOS ESTROMATOLITOS SILÍCEOS

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MARÍA ÁNGELES BUSTILLO Departamento de Geología, MNCN-CSIC

Gran parte de las rocas construidas por bacterias tienen un factor común y es que presentan una estructura estratificada creada por un crecimiento, a veces cíclico, de finos tapices inducidos por diferentes comunidades de bacterias y otros microorganismos. Esta estructura de sucesivas láminas microbianas se denomina estromatolítica. Los estromatolitos son depósitos que se originan por la precipitación mineral mediada por la actividad microbiana unida, frecuentemente, a una precipitación mineral puramente química, y al atrapamiento de partículas y organismos vivos existentes en el medio. Normalmente tienen composición carbonática (calcita o dolomita), silícea (ópalo, cuarzo y silicatos) o ferruginosa (oxi/hidróxidos de Fe), aunque también existen estromatolitos formados por óxidos de Mn, sulfuros metálicos, etc. De entre ellos, los estromatolitos silíceos tienen especial relevancia, porque se han utilizado para definir el comienzo de la vida en la Tierra, a través de los indicios de bacterias y otros microorganismos fósiles que incluyen. Por otra parte, en la exploración de vida en Marte, se buscan rocas de sílice por su característica de ser apropiadas para encerrar microorganismos.

Figura 1. Champagne Pool, Nueva Zelanda. En esta laguna termal actualmente se forman estromatolitos silíceos. Foto: Carmen Solana.

MEDIOS Y AMBIENTES DE FORMACIÓN DE ESTROMATOLITOS SILÍCEOS

Los estromatolitos silíceos están descritos en ambientes geotermales (fuentes calientes, géiseres, etc.) continentales (Fig.1) y marinos, aunque en estos últimos son más escasos o menos conocidos por su difícil accesibilidad. Además, hay referencias de estromatolitos silíceos en cuevas formadas dentro de areniscas, cuarcitas, granitos o rocas volcánicas (Fig. 2), localizadas mayormente en zonas con climas cálidos y húmedos. Gran parte de los microorganismos que viven en géiseres, y otras fuentes calientes, son obligatoriamente hipertermófilos (pueden vivir a temperaturas superiores a 70 grados), mientras que otros, incluidas las cianobacterias en ambiente continental, toleran intermitentes salpicaduras de agua hirviendo. En los encharcamientos alrededor de los géiseres continentales, las temperaturas van bajando según nos alejamos del foco emisor, variando la composición y forma de las capas de los estromatolitos (Campell, et al., 2015). Se pueden originar tapices microbianos tanto en ambiente subacuático como en la interfase agua-aire, o sobresaliendo sobre las aguas calientes. Los medios suelen ser ácidos, pero a veces el pH es neutro. En cuevas pueden aparecer estromatolitos subacuáticos en zonas de lago, pozas y otras acumulaciones de agua, pero también formando estalactitas y

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«DEPÓSITOS SILÍCEOS, FERRUGINOSOS, O CARBONÁTICOS, CON EDADES ENTRE ~3500-3700 MILLONES DE AÑOS, HALLADOS EN AUSTRALIA, CANADÁ Y GROENLANDIA, PUEDEN SER REGISTROS DEL COMIENZO DE LA VIDA»

estalagmitas por el agua de goteo, y en coladas y recubrimientos de pared originados por el agua de escorrentía. En la cueva volcánica de Branca Opala (isla de Terceira, Azores), en ambiente de pH neutro, se han descrito estromatolitos opalinos subacuáticos (Figs. 2 y 3) generados por una precipitación de sílice inducida por bacterias/microorganismos junto a una precipitación inorgánica, es decir, meramente química (Daza & Bustillo, 2014). En las cuevas de Tepui (Venezuela), formadas en ortocuarcitas, con condiciones físico-químicas constantes y ambientes con niveles bajos en nutrientes, se ha encontrado que comunidades complejas de bacterias quimiótrofas (obtienen energía a partir de compuestos inorgánicos) participan en la liberación de la sílice de la ortocuarcita, y en la formación de los estromatolitos silíceos (Sauro et al., 2018). COMPOSICIÓN MINERALÓGICA Y LA INTERACCIÓN BACTERIA-SÍLICE

Donde los estromatolitos silíceos son recientes, o se están formando actualmente, los estudios mineralógicos revelan que están constituidos inicialmente por ópalo A, que es la fase silícea menos cristalina. Con el paso del tiempo, esta fase recristaliza a formas opalinas más ordenadas (ópalo C-T) y finalmente a cuarzo, conservándose parte de la impronta biológica. Su composición final de cuarzo les hace poco vulnerables al deterioro físico y químico permitiendo su conservación durante miles de millones de años. Además de la sílice precipitada, en los estromatolitos se pueden incorporar en pequeña proporción partículas o minerales diferentes a la sílice (arcillas, carbonatos, yesos, oxihidróxidos de Fe, etc.). En los estromatolitos silíceos, las precipitaciones iniciales de sílice fomentadas directamente o

indirectamente por la actividad microbiana (frecuentemente bacterias y las sustancias que llevan unidas a su superficie, como proteínas, polisacáridos...), generan entramados porosos que posteriormente son cementados y compactados por una precipitación silícea inorgánica. Morfológicamente predominan las bacterias filamentosas (Fig. 4), aunque también se han citado formas cocoides y bacilos. Es frecuente que la silicificación enmascare los aspectos internos y externos de la bacteria y también altere su tamaño debido a los encostramientos. Konhauser et al. (2004) describen que la precipitación inicial de la sílice sobre la bacteria ocurre fundamentalmente a través de enlaces de hidrógeno entre ambos, o también por uniones entre la pared de la célula, cargada negativamente, y la sílice. La silicificación no puede ser perjudicial para los microorganismos. Por ejemplo, las cianobacterias Calothrix crecen en soluciones sobresaturadas en sílice durante semanas, y muchos de sus filamentos desarrollan cortezas minerales de hasta 5 μm de espesor. Las células siguen siendo fluorescentes, lo que delata que continúan generando oxígeno, y las colonias mineralizadas muestran tasas de fotosíntesis comparables con las colonias no mineralizadas (Konhauser et al., 2004). Curiosamente, la silicificación de las células de las cianobacterias solo ocurre en la superficie externa de la vaina. La vaina actúa como único lugar de precipitación inicial y evita la mineralización de la pared celular y/o citoplasma, permitiendo que las cianobacterias fotosintéticas sobrevivan a la mineralización. REGISTROS DEL COMIENZO DE LA VIDA EN LA TIERRA

La búsqueda de indicios fósiles que aporten datos sobre el comienzo de la vida en la Tierra ha puesto de manifiesto que depósitos silíceos, ferruginosos o carbonáticos, con edades entre ~3500-3700 millones de años, hallados en Australia, Canadá y Groenlandia,

Rocas construidas por bacterias: los estromatolitos silíceos

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Figura 2. Estromatolitos opalinos con formas exteriores botroidales. Cueva de Branca Opala, isla Terceira, Azores. Foto: Raquel Daza.

Figura 3. Sección transversal de la base de un estromatolito opalino subacuático que ha crecido sobre basalto (parte inferior). Cueva de Branca Opala. Microscopia óptica: la barra equivale a 1 mm. Foto: María Ángeles Bustillo.

Figura 4. Filamentos microbianos recubiertos por microesferas de ópalo en los estromatolitos vistos al microscopio electrónico de barrido. La barra equivale a 18 µm. Cueva de Branca Opala. Foto: Laura Tormo.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

pueden ser registros del comienzo de la vida. Los datos de los depósitos de Canadá y Groenlandia están en revisión, pero las geiseritas y otros depósitos silíceos termales de la Formación Dresser, con una edad de ~3500 millones de años y localizada en el Cratón de Pilbara (Australia occidental), presentan evidencias más firmes (Djokic et al., 2021). Estas rocas son semejantes a los depósitos silíceos de aguas termales de Nueva Zelanda, el Parque Nacional Yellowstone en EE. UU. o Argentina. La geoquímica de tierras raras e itrio también lo corrobora. Los depósitos de aguas termales de la Formación Dresser incluyen texturas y biomarcadores que indican que existió una comunidad microbiana próspera en este campo de aguas termales de la era Paleoarcaica (3600-3200 Ma). Estos hallazgos refuerzan la hipótesis de que los depósitos silíceos de sistemas hidrotermales son lugares óptimos para buscar vida pasada en Marte.

PARA SABER MÁS

Campbell, K. A., Guido, D. M., Gautret, P., Foucher, F., Ramboz, C., & Westall, F. (2015). Geyserite in hot-spring siliceous sinter: window on Earth’s hottest terrestrial (paleo) environment and its extreme life. Earth Science Reviews, 148, 44-64. Daza Brunet, R., & Bustillo Revuelta, M. A. (2014). Exceptional silica speleothems in a volcanic cave: A unique example of silicification and sub-aquatic opaline stromatolite formation (Terceira, Azores). Sedimentology, 61, 2113-2135. Djokic, T., Van Kranendonk, M. J., Campbell, K. A., Havig, J. R., Walter, M. R., & Guido, D. M. (2021). A reconstructed subaerial hot spring field in the ~3.5 billion-yearold Dresser Formation, North Pole Dome, Pilbara Craton, Western Australia. Astrobiology, 21, 1-38. Konhauser, K. O., Jones, B., Phoenix, V. R., Ferris, G., & Renaut, R. W. (2004). The microbial role in hot spring silicification. AMBIO: A Journal of the Human Environment, 33, 552-558. Sauro, F., Cappelletti, M., Ghezzi, D., Columbu, A., Hong, P. Y., Zowawi, H. M., ... & De Waele, J. (2018). Microbial diversity and biosignatures of amorphous silica deposits in orthoquartzite caves. Nature Scientific Reports, 8, 1-14.

Rocas construidas por bacterias: los estromatolitos silíceos

 as balsas de agua de la mina de L Mazarrón tienen bacterias que participan en la precipitación de minerales. Foto: María Ángeles Bustillo.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Sin una ciencia con ética no hay futuro para la especie humana. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Lo más emocionante de mi carrera científica como geóloga han sido todos aquellos momentos donde

los datos que ibas obteniendo corroboraban las hipótesis que te habías planteado. La sensación de descubrir algo desconocido de la Tierra y estar cerca de un nuevo hallazgo, claramente constatado, genera una euforia solo explicable desde la vocación. Por otra parte, tener que trabajar en la naturaleza me ha dado la posibilidad de vivir en ella días deslumbrantes, disfrutando de sus imponentes paisajes junto con el conocimiento geológico implícito en ellos.

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BIODETERIORO DE PIEDRA MONUMENTAL

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CARMEN ASCASO Departamento de Biogeoquímica y Ecología Microbiana, MNCN-CSIC

El origen de mis estudios relacionados con el biodeterioro del sustrato lítico y las piedras monumentales se remonta a la mitad de los años setenta, cuando publiqué trabajos sobre la alteración de las rocas por líquenes y la formación de nuevos minerales como consecuencia de este proceso. Desde entonces, la alteración de materiales rocosos por líquenes y microorganismos ha constituido uno de los principales objetivos del trabajo diario dentro de la geomicrobiología, con la lógica evolución que, a lo largo de los años, tiene toda labor científica a medida que se van adquiriendo más experiencia y nuevos conocimientos. Se puede afirmar que la investigación en los temas de biodeterioro de mi grupo comenzó en el año 1990, cuando se participó con un equipo liderado por el Ministerio de Cultura en el estudio de la alteración de los capiteles del Monasterio de Silos. Entonces, conocimos a los investigadores que después fueron colegas, del grupo IGEO-CSIC y del laboratorio de Petrofísica RedLab n.º 217, en el programa Geomateriales-Conservación del Patrimonio. Posteriormente, junto con el Dr. J. Wierzchos, desarrollamos la que denominamos técnica SEM-BSE, que permite observar incluso la ultraestructura de la microbiota litobióntica sin separarla de la muestra lítica y así poder investigar la interacción microorganismo-mineral y llevar a cabo estudios de ecología microbiana (Ascaso & Wierzchos, 1994).

 a autora trabajando con el microscopio L electrónico de transmisión.

En 1998, aplicando esta técnica, se hizo frente al estudio de los procesos de biodeterioro en la catedral de Jaca y en un par de monumentos emblemáticos de Portugal (Torre de Belém y Monasterio de los Jerónimos) que se encontraban bajo la supervisión del Instituto de Ingeniería Civil de Lisboa. Dicho Instituto, en la persona del Prof. José Delgado-Rodrígues, nos dio la posibilidad de determinar cuál era el biocida más adecuado para aplicar en los trabajos de restauración que se iban a llevar a cabo (Ascaso et al., 2002). Aquí comenzó nuestra estrategia de investigación sobre el uso de biocidas para frenar procesos de biodeterioro en monumentos, la cual ha continuado a lo largo de los últimos años. Posteriormente a estos estudios, se investigó también la biorreceptividad de dolomías de cantera y las estrategias de su colonización por hongos (Cámara et al., 2008) y el efecto de la acción de líquenes y microorganismos en los paramentos y otras estructuras de diversos monumentos españoles (De los Ríos et al., 2009). En estos estudios se empezó a combinar la microscopía con técnicas de biología molecular para conseguir una identificación precisa de los microorganismos involucrados en los procesos de biodeterioro tanto en piedra de cantera (Cámara et al., 2011) como en el monumento (De los Ríos et al., 2009). Este fue el momento en que se configuró definitivamente el grupo de investigación EcoGeo (Ecología Microbiana y Geomicrobiología) formado por la Dra. Asunción de los Ríos, el Dr. Jacek Wierzchos y yo misma.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«SE EMPEZÓ A COMBINAR LA MICROSCOPÍA CON TÉCNICAS DE BIOLOGÍA MOLECULAR PARA CONSEGUIR UNA IDENTIFICACIÓN PRECISA DE LOS MICROORGANISMOS INVOLUCRADOS EN LOS PROCESOS DE BIODETERIORO, TANTO EN PIEDRA DE CANTERA COMO EN EL MONUMENTO»

Hemos tenido bastantes ocasiones de trabajar conjuntamente con instituciones y empresas interesadas en conocer el efecto de biocidas in situ, haciendo experimentos tanto en piedra de cantera (Cámara et al., 2011; Speranza et al., 2012) como, de nuevo, en un edifico emblemático como es la Catedral de Segovia (de los Ríos et al., 2012). En el grupo EcoGeo se han llevado a cabo también estudios sobre el efecto del láser, aplicado por los colegas del Instituto de Química Física Rocasolano (IQFR-CSIC), ya sea en condiciones de laboratorio o directamente en la propia cantera, en colaboración con varios grupos del programa Geomateriales (Speranza et al., 2013). Además del uso de las técnicas tradicionalmente utilizadas para analizar los efectos de los biocidas, como son los parámetros de fluorescencia de la clorofila a, el grupo utiliza también tanto técnicas de microscopía electrónica de transmisión y de barrido, técnicas de microanálisis, de microscopía de fluorescencia (clásica y por iluminación estructurada) y microscopía láser confocal, como novedosas técnicas fisiológicas, así como análisis del funcionamiento metabólico de los microorganismos a través de medidas del oxígeno consumido por los microecosistemas. De hecho, usando este sistema se ha podido avanzar en el efecto de biocidas sobre la microbiota de la piedra monumental, habiéndose tomado para ello como lugar de experimentación el puente de Talamanca del Jarama. Por este estudio, en reconocimiento de su interés, se ha obtenido un premio de la empresa Presens GmbH (Alemania). Recientemente se ha testado la estrategia de tratamiento combinado de láser y biocida sobre piedras de cantera usadas tradicionalmente como fuente de piedra monumental (Sanz et al., 2017). Esta estrategia combinada, ha sido aplicada también a materiales cerámicos en colaboración con el Centro de Ciencias Humanas y

Sociales (CCHS-CSIC). La composición química de los materiales cerámicos se reveló como importante en la colonización biológica del sustrato y la aplicación del láser con biocida, y mostró que se producen daños significativos en ambos simbiontes del liquen (Pena-Poza et al., 2018). Actualmente, en 2021 hay varias investigaciones en curso sobre la colonización de vidrios. También se ha estudiado el efecto de la colonización de microorganismos y líquenes en las piedras de la Ciudadela de Machu Picchu en colaboración con la Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco y el Parque Arqueológico de Machu Picchu. Se ha llevado a cabo un diagnóstico de los procesos de biodeterioro existentes en la ciudadela, utilizando una combinación de microscopía electrónica y secuenciación masiva 454, con financiación de un proyecto de la Fundación Carolina liderado por la Dra. De los Ríos. Por otro lado, hemos participado en el estudio sobre el posible origen biológico de las alteraciones de la parte vidriada del panel de azulejos llamado Gran Vista de Lisboa (Lisboa, Portugal) (Cabo Verde et al., 2015). Por último, y en colaboración con el Dr. Sohrabi (IROST, Irán), se ha participado en un estudio del biodeterioro de la tumba de Ciro en Pasargadae (Irán), lugar declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO. Se ha demostrado cómo distintas especies liquénicas epilíticas y endolíticas contribuyen al biodeterioro del monumento, ejerciendo una acción física y química directa sobre el sustrato pétreo y favoreciendo, además, la colonización por otros microorganismos litobiónticos biodeteriorantes como cianobacterias (Sohrabi et al., 2017).

Biodeterioro de piedra monumental

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5 μm

Figura 1. Una de las primeras imágenes obtenidas por Ascaso y Wierzchos con la técnica SEM-BSE, aplicada al conocimiento de la morfología y ultraestructura de la microbiota, en una fisura (flecha) de una roca granítica. Figura 2. Monasterio de los Jerónimos, Lisboa, antes y después de los trabajos de restauración según Ascaso y cols. (2002).

50 μm

Figura 3. Imagen de microscopia electrónica de transmisión de hongos Phaeoccomyces chersonesos aislados de la superficie de los muros de la iglesia de San Lorenzo de Segovia, mostrando alto contenido de lípidos (flechas) (De los Ríos et al., 2009). Figura 4. Imagen SEM-BSE del talo liquénico Verrucaria nigrescens (flechas blancas) y su interacción (flecha negra) con un sustrato cerámico (S). (Pena-Poza et al., 2018).

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

PARA SABER MÁS

Ascaso, C., Wierzchos, J. (1994). Structural aspects of the lichen-rock interface using back-scattered electron imaging. Botanica Acta, 107, 251-256. Ascaso, C., Wierzchos, J., Souza-Egipsy, V., de los Ríos, A., & Rodrigues, J. D. (2002). In situ evaluation of the biodeteriorating action of microorganisms and the effects of biocides on carbonate rock of the Jeronimos Monastery (Lisbon). International Biodeterioration & Biodegradation, 49(1), 1-12. De los Ríos, A., Cámara, B., García del Cura, M. A.., Rico, V. J., Galván, V., & Ascaso, C. (2009). Deteriorating effects of lichen and microbial colonization of carbonate building rocks in the Romanesque churches of Segovia (Spain). Science of the Total Environment, 407, 1123-1134. De los Ríos, A., Pérez-Ortega, S., Wierzchos, J., & Ascaso, C. (2012). Differential effects of biocide treatments on saxicolous communities: Case study of the Segovia cathedral cloister (Spain). International Biodeterioration & Biodegradation, 67, 64-72. Sanz, M., Oujja, M., Ascaso, C., Pérez-Ortega, S., Souza-Egipsy, V., Fort, R., ... & Castillejo, M. (2017). Influence of wavelength on the laser removal of lichens colonizing heritage stone. Applied Surface Science, 399, 758-768.

Pena-Poza, J., Ascaso, C., Sanz, M., Pérez-Ortega, S., Oujja, M., Wierzchos, J., ... & Villegas, M. A. (2018). Effect of biological colonization on ceramic roofing tiles by lichens and a combined laser and biocide procedure for its removal. International Biodeterioration and Biodegradation, 126, 86-94.

Biodeterioro de piedra monumental

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? A la ciencia se deben todos los avances de la humanidad. Desde que somos una especie bípeda, estamos haciendo descubrimientos o, quizás, antes de ello. Hace, por ejemplo, 5500 años, se inventó el carro con ruedas y hace 200 se diseñó la bicicleta. Con ello ya teníamos movilidad, ¡sin depender de otras especies! Ha habido un momento de desarrollo exponencial y lo centraría en el momento en que se empezaron a investigar los elementos químicos que ahora componen la tabla periódica, elementos químicos que la humanidad ha utilizado en todos los campos. Me gustaría citar el descubrimiento de la necesidad de utilización de guantes en la práctica médico-quirúrgica —que nos evitó la transmisión de numerosas enfermedades infecciosas—, los antibióticos y el microscopio electrónico de transmisión que fue puesto en marcha no hace ni siquiera un siglo y que nos ha permitido conocer la estructura de los virus. En 1944, se logró identificar al ADN como la base bioquímica de los genes y de allí derivó toda la genética, incluida la genética humana. Me parece de interés y actualidad citar las palabras microscopio electrónico, virus, ADN y ARN. Acabaré pidiendo una muy seria reflexión sobre el cambio climático, que amenaza a todas las especies y con lo que tenemos que sentirnos muy amenazados y, sobre todo, nuestros jóvenes.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Aposté por la ciencia porque es apasionante. Si tuviera que volver a empezar, apostaría de nuevo por las técnicas de microscopía electrónica, que nos permiten observar imágenes que nunca podríamos conocer sin esos equipamientos, aplicando siempre nuevas ideas y prácticas científicas novedosas. Todo me ha entusiasmado. Cada imagen es un desafío de interpretación. Al principio, me interesé por la alteración superficial de rocas por líquenes y microorganismos. Pronto comencé el estudio de material pétreo del patrimonio histórico, que es afectado por colonizaciones biológicas y su diagnóstico y tratamientos. Hemos trabajado, desde hace décadas, en Ecología Microbiana de sustratos rocosos de la Antártida y el desierto de Atacama (Chile). Asimismo, me ha emocionado mucho tener, para su estudio, un fragmento del meteorito marciano ALH84001 (NASA). Además, he participado en dos misiones de la ESA (FOTON-Biopan). Creo haber acertado al seguir unas líneas de trabajo muy definidas, con continuidad, y haber podido alcanzar, gracias a ello y a las personas con las que he trabajado, interesantes resultados.

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FAUNA ACUÁTICA SUBTERRÁNEA. LA VIDA EN LA OSCURIDAD

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ANA I. CAMACHO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Vemos correr el agua por la superficie de la tierra: lluvia, nieve fundiéndose, rocío, ríos y arroyos… y pensamos que toda acabará en el mar. Pero una buena parte de ella, antes de llegar a los océanos, desaparecerá bajo tierra, fluirá en perpetua oscuridad. Ese fluir, lento a veces, turbulento otras, irá excavando espacios subterráneos en la roca de distintas formas y tamaños, creando un entramado tridimensional que constituye un ecosistema único lleno de microhábitats. Un universo casi infinito para una fauna diminuta. En él hay espacios accesibles al ser humano, las cuevas que, igual que los manantiales y los pozos artificiales, constituyen las ventanas que nos permiten llegar hasta el agua subterránea. Esos espacios y sus aguas, privados de la luz de sol, son incapaces de soportar formas de vida vegetal. Por tanto, el primer eslabón de la cadena trófica está ausente; solo las bacterias que habitan en las arcillas y los limos se encargan de transformar la materia inorgánica en orgánica en el mundo subterráneo. Así, la mayor parte del aporte energético procede del exterior y es llevado por el agua cargada de materia orgánica, que se infiltra por efecto de la gravedad. En estos ambientes únicos, oscuros, con unas aguas cuya temperatura y composición química varían poco a lo largo del año, solo afectados por las inundaciones o las sequías del mundo exterior, encontramos formas de vida. Animales adaptados a vivir en perpetua oscuridad, en un medio aparentemente hostil,  uestreando en la cueva de la Nava, M Lafuente, Cantabria. Foto: Carlos Puch.

con recursos alimenticios limitados y donde el tiempo apenas cuenta. Prácticamente todos los grupos animales están presentes en el medio subterráneo, aunque la proporción de unos y otros sea variable y distinta en las diferentes partes del mundo. Se trata, sobre todo, de formas invertebradas. Los seres vivos más pequeños y diversificados, aquellos que han colonizado el ambiente subterráneo: en el agua, los crustáceos; en la tierra, los insectos y arácnidos. Aunque la fauna subterránea se consideraba hasta el siglo xx homogénea, con características similares, se puede afirmar que lo único que tienen en común estos animales es vivir en total oscuridad. Los caracteres que muestran son producto de la historia evolutiva del grupo al que pertenecen y de su adaptación al medio. Las respuestas que estos animales dan a factores ambientales similares son diferentes, aunque el resultado observable puede aparecer como convergencia adaptativa. La ceguera y la despigmentación son dos claros ejemplos de evolución convergente. Casi todos los habitantes del mundo oscuro son ciegos y no tienen color en sus cubiertas exteriores. Asimismo, generalmente desarrollan estructuras sensoriales extra-ópticas, como quimio o mecanorreceptores (Culver & Pipan, 2013) para poder conocer su entorno, localizar alimento y encontrar pareja para reproducirse. También reducen su metabolismo, comen menos y son más longevos que sus parientes del mundo exterior (Camacho et al., 1992). Se reproducen cuando pueden, cuando hay aporte extra de alimento, por ejemplo tras crecidas provocadas por fusión de nieves en el exterior. No se rigen por ciclos estacionales. Además,

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«HAY GRANDES ÁREAS DEL PLANETA CUYAS AGUAS SUBTERRÁNEAS PERMANECEN TOTALMENTE INEXPLORADAS Y, POR TANTO, EL ESTUDIO DE SU BIODIVERSIDAD ACUÁTICA ES UNO DE LOS MAYORES DESAFÍOS CIENTÍFICOS FUTUROS»

su estrategia reproductiva consiste en tener poca prole, pero cuidarla mucho para que toda ella sobreviva. Suelen llevar los huevos, uno o unos pocos cada vez, bien protegidos en el abdomen o en sacos externos (Fig. 1), y algunas de las fases de la metamorfosis se producen dentro del huevo, evitando así las vicisitudes a que se someten estadios larvarios tempranos de vida libre. La forma que surge del huevo está muy evolucionada. En algunos casos es como el adulto en miniatura y en otros, el recién nacido es transportado por el progenitor en un saco o marsupio para protegerlo de potenciales depredadores. Estos animales, con estrategias de supervivencia parecidas, han llegado a esa condición que exhiben de forma diferente. Cada uno se enfrenta a las restricciones que un mundo oscuro plantea desde su propia biología. Ese es el punto crucial de la bioespeleología (el estudio de los organismos subterráneos). Aún estamos en la fase descriptiva de conocer a estos habitantes del subsuelo, para después intentar saber cómo han llegado hasta ahí y con ese aspecto. El primer animal cavernícola del que se tiene constancia es un pequeño crustáceo acuático (anfípodo) que apareció en una cueva en Venecia en 1550. Su hallazgo permaneció muchos años ignorado, de modo que siempre se habla del famoso Proteo (Fig. 2) como el primer ser subterráneo que se conoce (1689). En una fuente intermitente en Vrhnika, un pueblo próximo a Ljubiana (Eslovenia), apareció una extraña criatura con forma de serpiente con patas, de color rosáceo transparente, de aspecto delicado y unos 30 cm de longitud. Pensaron que se trataba de una cría de dragón y le dieron el nombre de Olm (dragón, en la mitología griega). En 1768 Laurenti describió esta criatura como un anfibio, pariente de salamandras y tritones, pero que no experimenta

metamorfosis, conservando las branquias y otros caracteres larvarios en el estado adulto. Actualmente vive en la cueva de Postojna y otras cavidades en Eslovenia, Bosnia, Croacia y Herzegovina. En el agua subterránea también hay otros animales vertebrados. Hay algunos peces, unas 50 especies que viven en cuevas de África, América, sur de Asia y Australia. Pero son los invertebrados los que mejor representados están en este ambiente. De entre ellos, los crustáceos (3400 especies en el mundo, Stoch & Galassi, 2010) componen mayoritariamente las poblaciones subterráneas. Algunos grupos como copépodos (Fig. 1), isópodos (Fig. 3), anfípodos y algunas gambas y cangrejos viven en todo tipo de aguas continentales y marinas. De estas especies, unas cuantas son estigobiontes porque realizan todo su ciclo vital en agua subterránea, y además tienen un morfotipo estigomorfo, con adaptaciones a la vida en el agua que rellena los intersticios entre granos de arena (medio intersticial). Un caso especial lo constituyen los crustáceos Bathynellacea, las batinelas (Fig. 4), que viven exclusivamente en agua subterránea, dulce y salobre, y ya no tienen parientes cercanos en el mar ni en las aguas superficiales. La península ibérica cuenta con una gran diversidad de especies conocidas de batinelas, alrededor de 50, casi una sexta parte de todas las especies conocidas en el mundo (338 especies, Camacho et al., 2021). Otros invertebrados como algunas especies de hidras (Cnidaria), gusanos (Oligochaeta, Nematoda), sanguijuelas, caracoles (Mollusca), ácaros (Hirudinia y Limnohalacarida) y algún escarabajo (Coleoptera) habitan las aguas subterráneas, unas 1375 especies en todo el mundo (Stoch & Galassi, 2010). El porcentaje no es grande si consideramos que se conocen en el mundo más de 110 000 especies de invertebrados de agua dulce (Stoch & Galassi, 2010), pero sí lo es si pensamos que apenas se ha comenzado a muestrear el agua bajo tierra. Hay grandes áreas del planeta cuyas aguas subterráneas

Fauna acuática subterránea. La vida en la oscuridad

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Figura 1. Copépodos subterráneos. Torca de los Morteros, Burgos.

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Foto: Rogelio Sánchez.

Figura 2. Proteus anguinus anguinus Laurenti, 1768, foto de ejemplares criados en cautividad en el laboratorio subterráneo de Moulis, Ariège, Francia. Foto: Carlos Puch. 4

Figura 3. Isópodo Stenasellus virei buchneri (Stammer, 1936) del Monumento Natural de Ojo Guareña, Burgos. Foto: ESEM, MNCN, Madrid.

Figura 3_1. Isópodo Cantabroniscus primitivus Vandel, 1965, del Monumento Natural de Ojo Guareña, Burgos. Foto: Rogelio Sánchez.

Figura 4. Habitus batinela de la familia Parabathynellidae, Iberobathynella andalusica Camacho, 2007, medio intersticial del arroyo Varas, Adamuz, Córdoba. Foto: Ana Camacho. 0,5 mm

Figura 4_1. Habitus batinela de la familia Parabathynellidae, Iberobathynella burgalensis Camacho, 2005, del Monumento Natural de Ojo Guareña, Burgos. Foto: Ana Camacho.

Figura 4_2. Habitus batinela de la familia Bathynellidae, Vejdovskybathynella edelweiss Camacho, 2007, del Monumento Natural de Ojo Guareña, Burgos. Foto: Ana Camacho.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

permanecen totalmente inexploradas y, por tanto, el estudio de su biodiversidad acuática es uno de los mayores desafíos científicos futuros.

REFLEXIONES

PARA SABER MÁS

Camacho, A. I., Bello, E., Becerra, J. M., & Vaticón, N. (1992). A Natural History of the subterranean environment and its associated fauna. En A.I Camacho (Ed.), The Natural History of Biospeleology (pp. 172-197). MNCN - CSIC. Camacho, A. I., Mas-Peinado, P., Ranga Reddy, Y., Bandari, E., Shaik, S., Perina, G.,... & Rey, I. (2021). An integrated approach to reevaluate the validity of the family Leptobathynellidae (Crustacea, Bathynellacea). Zoological Journal of the Linnean Society, XX, 1-43. Culver, D., & Pipan, T. (2013). Subterranean Ecosystems. In S. A. Levin (Ed.), Encyclopedia of Biodiversity (2.ª ed., pp. 49-62). Academic Press. https://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12384719-5.00224-0. Stoch, F., & Galassi, D. M. P. (2010). Stygobiotic crustacean species richness: A question of numbers, a matter of scale. Hydrobiologia, 653, 217-234.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Lo más emocionante de mi carrera investigadora es el descubrimiento, la frecuencia con la que he encontrado nuevas especies a la par que me iba percatando de lo poco que conozco y entiendo el mundo natural. Y lo más interesante ha sido comprobar que solo la perseverancia, el estudio, el esfuerzo y la paciencia te llevan al descubrimiento, y que los golpes de suerte en ciencia son escasos y duran poco. Y lo más satisfactorio, trabajar en algo que me apasiona y siempre desde el mayor respecto a la naturaleza.

Fauna acuática subterránea. La vida en la oscuridad

 uestreando en la cueva de la Nava, M Lafuente, Cantabria. Foto: Carlos Puch.

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DEL RÍO A LA ALACENA (DEL MUSEO)

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ANTONIO G. VALDECASAS Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Nos levantamos con el sol y desayunamos sabiendo que esa iba a ser la única comida hasta la cena. Habiendo empaquetado todo y subido a los caballos, continuamos nuestro trayecto dentro de los lindes de la reserva, procurando cruzar el mayor número de arroyos posibles y parar también en pequeñas lagunillas, ideales si tuvieran vegetación enraizada que compartimente el espacio y dé refugio y diversidad a los animales que estábamos estudiando. En un desnivel del río nos acercamos a observar el flujo del agua, el color de la roca y las piedras. Sabíamos que dependiendo de ese color característico que dan las algas que viven incrustadas y adheridas a su superficie, dependía la riqueza de invertebrados que sustentaban. Decidido que el lugar merecía la pena, parábamos, cogíamos la red y las botas de agua y sin más preámbulos entrábamos en el cauce, removíamos las piedras con los pies y si fuera necesario, con las manos. Todo lo que quedaba recogido en la fina malla de la red era tamizado por un par de cedazos, para descartar los pedruscos y toda la arenisca posible. Del resto –animales y sedimento fino– una bandeja y linterna nos permitían capturar con una pipeta a las pequeñas criaturas, y trasladarlas a tubitos con un líquido fijador adecuado. Si había muchos, entonces toda la muestra se guardaba. De vuelta al Museo, una lente de aumento nos permitía seguir separando los animales del resto de  anamá, costa enfrente de la isla de Coiba. P Observando la vida en el agua. Foto: María Eugenia Cañadas Echagüe.

grava y arenisca de las muestras. Una vez individualizados, es cuando empieza el verdadero estudio de su diversidad. Dado que, en nuestro caso, los organismos suelen tener un tamaño inferior a 1 mm, es inevitable ayudarse de un microscopio óptico para su observación. A veces, también, con microscopios más sofisticados, como el electrónico o el confocal. Este último nos permite, virtualmente, dividir el organismo en «rebanadas» como el pan de molde y hacer reconstrucciones tridimensionales muy realistas en diferentes y ángulos y orientaciones. Nuestro trabajo no está terminado cuando hemos publicado nuestros hallazgos. En ciencia hay que dejar registro de lo investigado, por si es necesario revisarlo o si alguien quiere comprobar la verdad de lo que decimos. Aún más, la conservación de ese material permite que, a medida que avanza la tecnología, se puedan extraer más datos y profundizar en su conocimiento. Por eso podemos ahora analizar el ADN de organismos que han sido depositados en museos mucho antes de que se supiera que existía esta molécula y de algunos que ya han desaparecido definitivamente. Una vez depositadas en el Departamento de Colecciones las preparaciones microscópicas relevantes, podemos continuar con la búsqueda de nuevo material. De esta forma aseguramos el registro de lo vivo en un viaje hacia el futuro, que ojalá supere los 250 años que ya ha resistido una parte de las colecciones que alberga este museo.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«EN CIENCIA HAY QUE DEJAR REGISTRO DE LO INVESTIGADO, POR SI ES NECESARIO REVISARLO O SI ALGUIEN QUIERE COMPROBAR LA VERDAD DE LO QUE DECIMOS»

PARA SABER MÁS

Granda, C. (1950). La flor de la canela. https://www.units.miamioh.edu/ath175/ student/linjb/lyrics.html. Valdecasas, A. G. (2008). Confocal microscopy applied to water mite taxonomy with the description of a new genus of Axonopsinae (Acari, Parasitengona, Hydrachnidia) from Central America. Zootaxa, 1820, 41-48. Wallace, A. R. (1869). The Malay Archipelago. MacMillan and Co. https://ia800301.us.archive.org/8/ items/malayarchipelago01wall/ malayarchipelago01wall.pdf; y https://archive.org/details/ malayarchipelago02wall.

Del río a la alacena (del Museo)

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Figura 1_1. En la reserva rusa de los montes Altai. Desayunamos sabiendo que esa iba a ser la única comida hasta la cena. Foto: Antonio Valdecasas.

Figura 1_2. Una vez empaquetado todo y subido a los caballos, emprendimos la marcha. Foto: Antonio Machado.

Figura 2. Río Lillas, Tejera Negra, Guadalajara. Con la red y las botas de agua. Foto: Mercedes Marín. 2

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

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Figuras 3_1 y 3_2. La fina malla de la red donde queda todo recogido. Abajo, a la izquierda, se puede ver un ácaro rojo. Foto: Álvaro Herrero, https://www. alvaroherrerophotography.com/

Figura 4. Pequeñas criaturas capturadas. Figuras 5_1 y 5_2. Observación a través del microscopio confocal del MNCN. Figura 6. Una vez estudiadas se depositan en las preparaciones microscópicas.

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100 μm

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Del río a la alacena (del Museo)

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Un tipo de respuesta intersubjetiva validable por la vía empírica. Dentro de lo que consideramos Biodiversidad, la sistemática –el descubrimiento y organización de los seres vivos por su parentesco– es lo que se puede considerar una «ciencia práctica». Otros ámbitos de la biodiversidad tienen un contenido más teórico, como pueda ser el desarrollo de modelos acerca de la distribución de especies o los ritmos de extinción de algunas de ellas en función de variables poblacionales, reducción de hábitat, contaminación y otras interferencias humanas. Una diferencia importante entre ambas aproximaciones, es que una establece hechos y la otra anticipa realidades. Son dos caras de la moneda poliédrica que es la ciencia y que no debería limitarse a una sola cara. Es posible que un año de pandemia, con su tremendo impacto en la actividad humana mundial haya cambiado sustancialmente algunos de los presupuestos en los que se han basado proyecciones previas de los modelos de biodiversidad. Pero también es cierto que, a medida que afinamos nuestros métodos de medida, poblaciones que nos parecían semejantes escondían dos o más especies que llamamos crípticas, y otras que habíamos establecido como diferentes, se demuestran que son coespecíficas. Nada de esto convierte a este conocimiento en algo relativo. Es un hecho cierto que la luz viaja a una velocidad asombrosa, aunque la cifra exacta se ha ido aproximando a medida que ha mejorado nuestra tecnología. Y en ese sentido, la dicotomía «certezas-incertidumbres», inherente al conocimiento científico, hay que tomarla con un cierto punto de sal. Sabemos que hay más de 2 millones de especies en la tierra, pero no estamos seguros de si quedan 8 millones más por descubrir o solo siete, e incluso si más de diez. De ahí que quizás se pudiera definir la ciencia como el ámbito de las certezas aproximadas. En la aproximación es donde reside la incertidumbre, pero no en la base de la certeza.

Dicho esto, solo podemos añadir que, como institución académica, el MNCN es «el lugar de la biodiversidad»: registra, mantiene y analiza el mundo vivo y parte del mundo inerte que lo sustenta. Además, transmite socialmente lo que estudia. Eso es lo que ha hecho desde el inicio de su andadura, hace 250 años y esperamos siga haciendo a lo largo de un futuro indefinido. Y, dado que nos hemos permitido la licencia eufónica del título de este artículo, desear que en ese futuro no solo estén «el viejo puente, el río y la alameda», sino también los organismos que lo habitan y las «criaturas» que los estudian. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? La emoción más mantenida, que queda bien expresada por la palabra desafío, es cuando te enfrentas ante un nuevo proyecto, tienes que pensar en nuevas preguntas y sobre todo te enfrentas a tus limitaciones. Y es ahí donde tienes que poner un poco de distancia, limitar el ruido externo e intentar definir lo que quieres y cómo hacerlo. Ese ejercicio de la reflexión es como una meditación pautada ante cualquier objetivo nuevo de investigación propuesto, ya sea en colaboración o de forma individual.

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INVERTEBRADOS Y CALIDAD DEL AGUA

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MARÍA VALLADOLID Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Los ríos pueden presentar una biodiversidad alta, en función de su estado de conservación general y de la variabilidad de hábitats que posean. Desde la cabecera, donde nacen, hasta su desembocadura en otro río o en el mar, el cauce de cada río posee numerosos sustratos (grandes rocas, gravas de diversos tamaños, arenas, limos), vegetación (bosques de ribera, plantas semisumergidas y sumergidas, algas filamentosas y microscópicas) y velocidades de la corriente del agua (zonas de corriente rápida y media, remansos, zonas estancadas) que permiten la existencia de todo tipo de animales vertebrados e invertebrados en sus aguas. Por otra parte, la presencia de ciertos factores como la contami­nación de las aguas por residuos de todo tipo (químicos, biológicos, físicos) procedentes de agricultura, ganadería, industria o entornos urbanos, así como la modificación del paisaje (por ejemplo, en la extracción de arenas y gravas) hace que esta biodiversidad baje en la zona afectada, llegando incluso a desaparecer los organismos vivos en los casos más extremos. La Directiva Marco Europea del Agua (DMA) entró en vigor en el año 2000 y tiene como objetivo establecer un marco para la protección de las aguas superficiales continentales, de transición, costeras y subterráneas, debido a la creciente presión por

 arque Nacional de Ordesa P y Monte Perdido, valle del río Arazas. Foto: Luis Jiménez Meneses. Asociación de Ciencias Ambientales (ACA).

el continuo crecimiento de la demanda de agua de buena calidad y en cantidad suficiente para todo tipo de usos, garantizando su sostenibilidad. Se establecieron unos objetivos medioambientales homogéneos para los estados miembros, que deberían tratar de lograr el buen estado de calidad de las aguas para el año 2015, mediante la definición y aplicación de las medidas necesarias, dentro de programas integrados y teniendo en cuenta los requisitos comunitarios. Estos programas incluyen la monitorización de ciertos parámetros físico-químicos y biológicos, con una periodicidad al menos anual, para seguir la evolución de la calidad del agua. Los parámetros físico-químicos tradicionalmente han sido los más usados para el control de la calidad del agua, aunque tienen el inconveniente de que reflejan el estado de la masa de agua en un momento muy concreto, cuando se muestrea, y no detectan problemas como por ejemplo vertidos puntuales a un río, ya que acaban diluyéndose con el tiempo y, si no se toma la muestra en el momento, son difíciles de observar. Por otra parte, los índices biológicos, basados en organismos como invertebrados o diatomeas, reflejan periodos de tiempo más largos, ya que incluyen la presencia o ausencia de ciertas especies que tienen ciclos vitales definidos. En el año 2014 empecé a colaborar con la Asociación de Ciencias Ambientales (ACA), participando en el proyecto «Apoyo al seguimiento del cambio climático y los efectos de actividades humanas en ecosistemas acuáticos fluviales en la Red de Parques Nacionales

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«PARA EL CONTROL DE LA CALIDAD DEL AGUA EN ESPACIOS NATURALES COMO RÍOS O LAGUNAS, LOS ÍNDICES BIOLÓGICOS BASADOS EN ORGANISMOS COMO INVERTEBRADOS O DIATOMEAS REFLEJAN PERIODOS DE TIEMPO MÁS LARGOS»

en zonas de montaña», incluido dentro de las actividades de voluntariado en la Red de Parques y financiado por el Organismo Autónomo Parques Nacionales (OAPN-MITECO). Uno de los objetivos propuestos era la validación de metodologías de evaluación rápida de la calidad del agua en ríos, que sería realizada por personas sin formación específica (voluntarios), con el fin de obtener datos aplicables al estudio del cambio climático en estas zonas. Este proyecto, iniciado en 2013, se ha ido renovando hasta la actualidad, siendo 2020 el último año en que se obtuvieron muestras. En el Museo procesamos las muestras procedentes de tres de los parques incluidos en el proyecto: Ordesa y Monte Perdido, Picos de Europa y sierra de Guadarrama. El trabajo consta de dos partes, la primera, llevada a cabo por los voluntarios, consiste en recoger las muestras de bentos (fauna y flora del fondo del río) en los distintos parques y la segunda, el tratamiento de las muestras para separar los macroinvertebrados presentes, se hace en el laboratorio y la realizan diversos estudiantes de la carrera de Biología como parte de sus prácticas de empresa o de su trabajo fin de grado. Para obtener los bentos, se seleccionaron en cada río 3-4 puntos según diversos parámetros, como la altitud o un buen acceso, recogiéndose las muestras en dos o tres momentos del año, normalmente en verano. En cada punto se identificaron los posibles hábitats presentes en esa zona, definidos en seis grupos: sustratos duros de rocas grandes, sustratos duros de rocas pequeñas, detritos vegetales, orillas vegetadas, macrófitos sumergidos y arena y sedimentos finos, tomándose 20 muestras de manera proporcional a la superficie de cada tipo y preparando una muestra

mixta con todas ellas, que se recogió en uno o varios botes y posteriormente se fijó con alcohol para su conservación. En el laboratorio, y con la ayuda de la lupa binocular, se separaron los invertebrados presentes en la muestra para su posterior identificación a nivel de familia usando claves. Con estos datos se pueden preparar una serie de índices de diversidad bióticos, entre ellos el IBMWP (Iberian Biological Monitoring Working Party, Alba-Tercedor et al., 2002), utilizado mayoritariamente para el estudio de la calidad del agua en ríos. Para calcular el índice, a cada familia incluida en la lista se le da una puntuación de 1 a 10, siendo de 10 si es una familia sensible a la contaminación y de 1 si es resistente. Se anotan las familias que aparecen en la muestra y su valor correspondiente y se suman las puntuaciones. En general, y dependiendo del tipo de río, cuanto mayor es el valor resultante mejor es la calidad del agua, pues indica una mayor diversidad de familias. Este valor resultante se compara con el valor de referencia para cada tipo de río, incluyéndose en una clase de calidad determinada: Muy Buena, Buena, Moderada, Deficiente y Mala. Este tipo de índices permite hacer un seguimiento del río a lo largo de los años, observando si las medidas correctoras que se implementan para mejorar la calidad del agua funcionan o no, detectar si aparecen nuevas amenazas, como vertidos ilegales o accidentales, empeoramiento de la calidad por la presencia de nuevas actividades agrícolas o ganaderas, y también permite la comparación de la calidad de las aguas en ríos de la misma tipología (calcáreos, silíceos, de montaña, mediterráneos, etc.) en distintas áreas de la Península, pero que tengan implementadas medidas diferentes en sus territorios, sirviendo también de control.

Invertebrados y calidad del agua

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50 μm

Figura 1. Dyscophrya ordesae, FernándezLeborans & Valladolid (2017), especímen coloreado con hematoxilina, donde se oberva el núcleo (N). Foto: María Valladolid y Manuela Gallardo.

Figura 2. Dyscophrya ordesae, FernándezLeborans & Valladolid (2017), especímen sin colorear. Se observan los tentáculos de la parte superior del especímen y el pedúnculo de la parte inferior, que utiliza para fijarse en otros organismos: es una especie epibionte, es decir, vive sobre organismos vivos, en este caso coleópteros del género Hydraena.

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1 mm 3

Foto: María Valladolid.

Figura 3. Hydraena delia, Balfour-Browne (1978) (Insecta, Coleoptera, Hydraenidae) con dos ejemplares de Discophrya ordesae, Fernández-Leborans & Valladolid (2017) (D) (Phyllopharingea, Evaginogenida, Discophrydae). Nueva especie de protozoo ciliado epibionte descrita a partir de ejemplares recogidos en los ríos Bellós y Yaga (Parque Nacional de Ordesa y Monte Perdido). Foto: María Valladolid.

Figura 4. Parque Nacional de Picos de Europa, río Duje. Foto: Luis Jiménez Meneses. Asociación de Ciencias Ambientales. 4

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

PARA SABER MÁS

Alba-Tercedor, J., Jaímez- Cuéllar, P., Álvarez, M., Avilés, J., Bonada, N., Casas, J., ... & Zamora-Muñoz, C. (2002). Caracterización del estado ecológico de ríos mediterráneos ibéricos mediante el índice IBMWP (antes BMWP'). Limnetica, 21(3-4), 175-185. www.limnetica.com/ documentos/limnetica/limnetica-212-p-175.pdf. ACA. Asociación de Ciencias Ambientales. www.cienciasambientales.org.es/ Fernandez-Leborans, G., Valladolid, M., Arauzo, M., Millan, A., Gabilondo, R., Gallardo, M., Jiménez, L., & RamirezBallesteros, M. (2017). Epibionts on Hydraena species (Coleoptera: Hydraenidae) from high mountain rivers of Pyrenees (Ordesa and Monte Perdido National Park), with the description of a new species. Zootaxa, 4317(1), 79-94. https://doi.org/10.11646/zootaxa.4317.1.3. MITECO. Ministerio para la Transición Ecológica y el reto Demográfico. Directiva Marco del Agua (DMA) www.miteco.gob.es/es/agua/temas/ planificacion-hidrologica/marco-delagua/default.aspx. Voluntariado en Parques Nacionales. www.voluntariadoparquesnacionales.es/

 aría Valladolid cogiendo muestras M en el río Oja, La Rioja, en el tramo bajo. Foto: Antonio Domínguez.

Invertebrados y calidad del agua

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia es aquello que nos permite satisfacer nuestra curiosidad sin límites, impulsándonos a seguir adelante un poco más para ver qué hay detrás de la última frontera.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Lo más emocionante de mi carrera como investigadora, junto con los nuevos descubrimientos en mi ámbito de trabajo (como por ejemplo especies nuevas que he descrito), ha sido poder aprender y aplicar muchas técnicas de distintas disciplinas y desarrollar otras propias. El trabajar con investigadores de diversas partes del mundo y la colaboración en la formación de nuevos científicos como tutora ha sido también muy enriquecedor.

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FORMA, DISTRIBUCIÓN Y COSTUMBRES DEL AUTÉNTICO GUSANO PLANO

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CAROLINA NOREÑA Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Los platelmintos son los únicos invertebrados vermiformes que son verdaderos gusanos. Conocidos como planarias, comprenden organismos de vida libre (turbelarios) y parásitos obligados (Monogenea, Digenea y Cestoda, como la conocida tenia). Los turbelarios (Turbellaria) incluyen una asombrosa variedad de formas, pero que participan en un mismo plan estructural y modelo de organización morfológico conocido como bauplan, es decir todos están modelados anatómicamente de manera similar, por muy diferentes que parezcan. Carecen de cutícula, exoesqueleto o protección dérmica de cualquier tipo, por eso están ligados necesariamente a los ambientes acuáticos o húmedos. Internamente presentan una anatomía compleja que sorprende en animales tan basales. Todos los órganos están sumergidos en una matriz celular sólida (el parénquima), ocupado en su mayoría por el aparato digestivo. Carecen de sistema circulatorio, por lo que la osmoregulación interna queda en manos del sistema excretor que regula tanto fluidos internos como la excreción de toxinas. Este sistema excretor está formado por los protonefridios, que son los primeros sistemas de excreción. El intestino tiene forma de saco ciego, carece ano, y se abre al exterior a través de una potente faringe. El aparato

 igura 1. Prostheceraeus roseus. Policládido descrito F en el siglo xix en el Mediterráneo y hoy también conocido en las costas de Galicia y Canarias. Foto: Leopoldo Moro.

digestivo presenta ligeras, pero esenciales, variaciones dentro de cada grupo taxonómico. En casi todos es tubular, pero en algunos casos se divide en tres ramas dando lugar a los Tricladida, o en muchas como en los Polycladida. Pero su característica más notable es el lugar que ocupan en el árbol de la vida. Son los primeros organismos que presentan simetría bilateral, es decir, se encuentran en la base de todos los metazoa, organismos pluricelulares. Estos «fósiles vivientes» se conocen como Acelomorpha, tan diferentes que forman un filo aparte del de los Platyhelminthes, pero tan cercanos a ellos que son estudiados conjuntamente. Presentan multitud de características comunes, como las células madre o neoblastos, de las que hablaremos más adelante. Son el escenario donde tiene lugar el paso de la simetría radial que presentan los cnidarios (medusas y corales) a la simetría bilateral que tienen el resto de los organismos incluido el ser humano. Depredadores y carroñeros conocidos, pueden llegar a ser plaga. Su sistema digestivo está formado por una faringe característica. Las glándulas de enzimas y venenos que vierten al digestivo son de los más potentes que se conocen y son capaces de anestesiar a su presa en pocos segundos. La carencia de ano les obliga a regurgitar todo aquello que no pueden digerir. Pueden reproducirse tanto asexual como sexualmente. En este caso, son hermafroditas (salvo contadas

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«EL SISTEMA REPRODUCTOR EN ESTE FILO ENCIERRA TODOS LOS PASOS EVOLUTIVOS QUE SE DIERON DESDE LAS GÓNADAS ANCESTRALES A LAS GÓNADAS ACTUALES: UNO DE LOS PASOS EVOLUTIVOS MÁS IMPORTANTES QUE POSIBILITÓ LA APARICIÓN DE LOS MAMÍFEROS»

excepciones como Sabussowia dioica, un tricládido que presenta sexos separados) y poseen fecundación cruzada. El aparato reproductor cuenta con estructuras morfológicamente muy diferentes que son clave para la identificación de estos organismos. Presentan tanto gónadas homocelulares, sin separación celular (arcophoras o ancestrales), como gónadas heterocelulares, con separación celular en diferentes órganos (gónadas neophoras o nuevas). Las primeras producen huevos endolecitos (todo dentro del mismo ovocito) y las segundas producen huevos ectolecitos donde las células nutritivas están fuera del ovocito. Es decir, el sistema reproductor en este filo encierra todos los pasos evolutivos que se dieron desde las gónadas ancestrales a las gónadas actuales: uno de los pasos evolutivos más importantes que posibilitó la aparición de los mamíferos. El desarrollo embrionario es característico y complejo y podemos encontrar tanto desarrollo directo como indirecto con formación de larvas. Relacionado con la reproducción se encuentra el inmenso poder de regeneración de los turbelarios. Esta capacidad está estrechamente ligada a la reproducción asexual. Aquellos grupos que se reproducen asexualmente poseen un grado de regeneración muy alto que se pierde de forma paulatina con la aparición de la reproducción sexual. Los neoblastos, mencionados anteriormente, forman colchones de células que cubren las heridas y regeneran la parte dañada. Tanto la disposición como la naturaleza de estos neoblastos son el gran nexo de unión entre los Acelomorpha y el resto de los turbelarios, los Catenulida y los Rhabditophora. Los neoblastos o células madre en las planarias son células que pueden ser comparadas con las células

embrionarias. Este conjunto de células es capaz de regenerar prácticamente desde cero todo un organismo. Son conocidos los experimentos en los que una planaria (tricládido) es capaz de regenerar un organismo entero y viable a partir de una pequeña parte del mismo. Es decir, estas células madre regeneran un sistema nervioso de características parecidas a las de los insectos a partir de un pequeño «amasijo» uniforme de células totipotentes. La mayoría de los turbelarios son pequeños, con un tamaño corporal de alrededor de 1 mm (Microturbellaria), pero otros, como los mencionados Tricladida y Polycladida, tienen un tamaño corporal de 5 a 10 cm (Macroturbellaria). Por extraño que parezca, la mayoría de los gusanos planos no son planos, sino redondos. El aplastamiento dorso-ventral característico y los colores más vistosos los presenta principalmente el orden Polycladida (Fig. 1). Todos los demás presentan un contorno transversal redondeado u oval (Fig. 2). El filo Platyhelminthes, de vida libre o parásita, muestra una distribución mundial y son considerados ubiquistas. Habitan en la mayoría de los cuerpos acuáticos, ya sean dulces, salobres o marinos, pero también en ambientes terrestres húmedos. Aunque frecuentemente son considerados marinos, la mayoría de los órdenes son dulceacuícolas o tienen representantes en los dos o tres ambientes, si consideramos también el terrestre. Este es el caso de los tricládidos, con especies dulceacuícolas, marinas o terrestres. Su capacidad de dispersión y adaptación les ha hecho ser unos de los «invasores» más conocidos, como es el caso de los Geoplanidae (Fig. 2) o Bipalinae (Fig. 3 y 4), originarios de América del Sur o Indonesia, y que hoy en día habitan en casi todos los países de Europa. Esto se debe principalmente al comercio de plantas exóticas o a la introducción de especies vegetales comerciales de otros países. En los ambientes marinos también vemos que el comercio ayuda a la dispersión de las especies. Es conocido

Forma, distribución y costumbres del auténtico gusano plano

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Figura 2. Obama nungara. Tricládido originario de Sudamérica y actualmente ampliamente distribuido por Europa.

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Foto: Iñaki Rojo, Sopelana, País Vasco.

Figura 3. Bipalium kewense. Tricládido terrestre originario de Indonesia o Sudamérica (no se sabe con certeza), actualmente por toda Europa. Foto: Iñaki Rojo.

Figura 4. Bipalium kewense. Parte anterior que muestra la típica cabeza en forma de hacha medieval. Foto: Iñaki Rojo.

Figura 5. Planocera pellucida. Ejemplo de policládido cosmopolita. Foto: Leopoldo Moro.

Figura 6. Strongylostoma elungatum. Rhabdocoela típico, habitante de las charcas de agua dulce y con una amplia distribución. Foto: Christopher Laumer. https://creativecommons.org/licenses/by/ 2.0"CC BY 2.0.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

que los cascos de los barcos participan de forma activa a la dispersión del orden Polycladida, como es el caso de Planocera pellucida (Fig. 5) que puede ser considerada cosmopolita (Faubel, 1984). Aunque menos, las especies dulceacuícolas también presentan un grado de cosmopolitismo sorprendente. Bothromesostoma sp. (Rhabdocoela), por ejemplo, es conocida en toda Europa y toda América, así como el género Stenostomum (Catenulida), especie que habita en casi todos los cuerpos acuáticos lénticos del planeta (aguas estancadas).

PARA SABER MÁS

Faubel, A. (1984). On the geographical occurence of pelagic polyclad turbellarians. Cahiers de Biologie Marine, 25, 153-168.

Forma, distribución y costumbres del auténtico gusano plano

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Ver qué lleno de vida está todo. Por donde mires hay algo que se mueve y quiere vivir. La biología saca la vida de lo cotidiano, para convertirla en extraordinaria. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Lo bueno de esta vida es que, si estás dispuesto, no dejas de emocionarte ningún día. Pero si queremos ser un poco más precisos, hay dos cosas que me han impactado profundamente a lo largo de toda mi carrera. La primera es, sin duda, mi grupo de investigación. Siempre hay que elegir una piedra angular, un punto de vista, para iniciar las «medidas» de tu análisis. Y para mi han

sido mi turbes, mis gusanos. Me han permitido estudiar los procesos biológicos más complejos y los más sencillos, plantearme preguntas y recibir respuestas llenas de preguntas, viajar, analizar, investigar, estudiar las estructuras más complicadas en espacios milimétricos. No por pequeño más simple. El infinito, no en un junco, en una gota de agua. La segunda cosa que me ha impactado es, sin duda, la gente que me he encontrado por el camino. Sin importar la duración o profundidad de la relación. Muchos han sido pesados (qué se le va a hacer, pero es así), pero otros muchos, la mayoría, han sido geniales. Tanto unos como otros me han dado el toque justo en el momento adecuado para que tomara el rumbo que me ha llevado a ser lo que soy. Feliz.

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ENTOMOLOGÍA SANITARIA

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ÓSCAR SORIANO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

Mosquitos, pulgas, piojos, chinches abejas, moscas, avispas, mariposas, escarabajos… Casi todos los grupos de insectos tienen muchas o alguna especie que nos podría causar molestias, tanto directa como indirectamente. Directamente, pueden causar molestas o dolorosas picaduras e indirectamente funcionar como vectores de patógenos que, en algunas ocasiones, podrían producir serios problemas de salud, con posibilidades de llegar a causar el fallecimiento del paciente humano o animal. En todo esto radica la importancia de esta disciplina y, como veremos más adelante, la actualidad de la misma. Pero, ¿cómo y por qué fue mi encuentro con estos organismos? Mis primeros pasos en la investigación comenzaron en la limnología (estudio de la ecología de las aguas continentales) y en particular con la fauna invertebrada acuática y su taxonomía y ecología. Ya decía Margalef que «para ser un buen ecólogo había que ser un buen taxónomo». Muy pronto se me abrieron dos caminos de especialización, ninguno sencillo o cómodo. La taxonomía tiene un cierto parecido con el juego de la silla y, o te sientas en una silla vacía, o te toca estar de pie. Los dos grupos que se me ofrecieron eran para estar de pie, resultaron ser los oligoquetos acuáticos (lombrices acuáticas) o los quironómidos (mosquitos de larvas acuáticas, no

Mosquito tigre Aedes albopictus. Foto: James Gathany, CDC.

picadores y extraordinariamente diversos). Los dos grupos, en la península ibérica, estaban empezando a conocerse con una cierta profundidad, debido principalmente a que están representados por un elevado número de especies, que en bastantes casos son crípticas (iguales morfológicamente y diferentes en su biología y en sus cromosomas gigantes), muchas aun sin describir y, por tanto, nuevas para la ciencia; por descontado, una dificultosa identificación que, ya a nivel genérico, resultaba bastante trabajosa. Igualmente, el número de españoles que se habían atrevido con estos grupos era muy escaso. Los oligoquetos requerían de trabajo histológico para su identificación y los segundos eran ¡dípteros!, un grupo que, ya en tercero de carrera, me parecieron un verdadero horror y que me prometí evitar. Primó el horror frente a la histología y renuncié a la promesa que me había hecho, así que los quironómidos. Con el paso del tiempo, al zoólogo taxónomo termina por seducirle cualquier grupo y pasa a ser una parte de él, como un hijo que sale completamente diferente a lo que tu habrías deseado, pero le sigues queriendo igual. Mientras tanto, hay que ganarse la vida; oposité a conservador de diferentes colecciones científicas del Museo Nacional de Ciencias Naturales y finalmente aprobé las de conservador de Invertebrados no Insectos, lo que me permitió terminar mi tesis doctoral y continuar con la investigación. Poco a poco empiezas a conocer bien la taxonomía de tu grupo, la ecología del ambiente en que se desarrolla,

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

«LA ENTOMOLOGÍA SANITARIA ESTÁ COBRANDO UN INTERÉS CADA VEZ MAYOR, CAUSADO POR EL CAMBIO GLOBAL QUE ESTÁ FACILITANDO LA DISPERSIÓN E IMPLANTACIÓN DE VECTORES DE MÚLTIPLES ENFERMEDADES»

en este caso el acuático continental. Si bien ya mis directores de tesis conjugaban ambas disciplinas (taxonomía y ecología acuática) y mi financiación venía de la utilización de los quironómidos como indicadores de la calidad de las aguas (el grupo es tan diverso, que muchas especies son características de ambientes muy diferentes), ya que esta familia reúne especies eurioicas (especies poco selectivas y, digamos conformistas) y estenoicas (especies muy selectivas y exigentes). Hasta ese momento, con la tesis leída, era como un francotirador sin equipo investigador y mis trabajos de investigación eran, casi absolutamente, autofinanciados; pero la curiosidad me llevó a conocer otros grupos de insectos acuáticos con una cierta profundidad y en particular los dípteros acuáticos (culícidos, simúlidos, ceratopogónidos, etc.), entre ellos los que tienen un importante interés sanitario y que, además, me resultaban más sencillos de identificar, lo cual facilitaba la publicación de los datos y la obtención de financiación. También los trabajos que comencé a realizar resultaban más gratificantes por ver una aplicación muy directa y evitando importantes problemas para la salud humana y veterinaria. Como he mencionado, los quironómidos no son picadores, pero por su parecido con otros picadores son causa de alarma entre el ciudadano de a pie. También pueden producir episodios alérgicos por su inhalación, lo que resulta fácil al formar grandes enjambres y por el contacto con sus larvas (son utilizadas como alimento de peces de acuario). Paso a paso me fui pasando a grupos con más implicaciones sanitarias. Ahí logré ser científico titular del CSIC y, casi simultáneamente, cambié de grupo taxonómico, ahora trabajo con simúlidos (moscas negras) y también,

ocasionalmente, con otros grupos ya con fases acuáticas (culícidos o lo que llamamos vulgarmente mosquitos) o enteramente terrestres (pulgas, chinches, piojos, etc.). Todos estos grupos, en los que ahora me desenvuelvo son picadores molestos, que causan reacciones alérgicas de mayor o menor importancia y muchos de ellos vectores de patógenos (arbovirus, bacterias, protozoos, nematodos, etc.) de diferente importancia y trascendencia para la salud, ¿quién no conoce la malaria o paludismo? Precisando mi trabajo, en la actualidad se centra en conocer la ecología de estos insectos y en función de ese conocimiento aplicar las medidas y tratamientos más eficaces y menos agresivos con el entorno natural, para llevar a cabo un control de sus poblaciones que palie o reduzca los efectos negativos, tanto sanitarios como económicos, que causan. Como resultará evidente, la entomología sanitaria está cobrando un interés cada vez mayor, causado por el cambio global que está facilitando la dispersión e implantación de vectores y patógenos de múltiples enfermedades, así como la formación de plagas de organismos autóctonos, que se ven favorecidos por las variaciones ambientales inducidas por el aumento de las temperaturas. Para evitar las consecuencias negativas se ha hecho necesaria la implantación de redes de vigilancia y alarma que precozmente nos avisen del riesgo de llagada de vectores y patógenos, así como una mayor especialización para el diagnóstico de enfermedades infecciosas importadas. Para esto la demanda de entomólogos, microbiólogos, médicos y veterinarios especializados se va haciendo cada vez mayor. En el ámbito de la entomología, en la especialización en insectos picadores o vectores, tanto desde el aspecto de la taxonomía como de la ecología de los mismos, la demanda de profesionales es cada vez

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Figura 1. Parque Nacional de Monte Alén​, Guinea Ecuatorial. Foto: Óscar Soriano.

Figura 2. Lagunas de Guardo, Palencia. Foto: José Luis Velasco Díaz.

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LA IMPORTANCIA DE LO PEQUEÑO

mayor, constituyendo un nicho de trabajo bueno y con perspectiva. Tanto es así que en varias ocasiones he perdido a los entomólogos que se van formando y que son demandados por las empresas, principalmente de control de plagas de insectos.

PARA SABER MÁS

En España, el Centro de Coordinación de Alertas y Emergencias Sanitarias (Fernando Simón, de todos conocido) ha implantado desde hace años una red de alerta y vigilancia entomológica en aeropuertos y puertos frente a vectores importados de enfermedades infecciosas exóticas y vigilancia de potenciales vectores autóctonos. Además, las comunidades autónomas también están desarrollando el control del estado de las poblaciones de insectos de interés sanitario. Es por ello que, en la actualidad, en el Museo Nacional de Ciencias Naturales tenemos el contrato de vigilancia de las poblaciones de mosca negra Simulium erytrocephalum (De Geer, 1776) en la Comunidad de Madrid.

Lane, R. P., & Crosskey, R. W. (2012). Medical insects and arachnids. Springer Science, & Business Media.

Fernández Rubio, F., Moreno FernándezCaparros, L., & Soriano, Ó. (2014). Artrópodos en medicina y veterinaria. Ministerio de Defensa (España).

Mullen, G. R., & Durden, L. A. (Eds.). (2009). Medical and veterinary entomology. Academic Press. Russell, R. C., Otranto, D., & Wall, R. L. (2013). The encyclopedia of medical and veterinary entomology. CABI.

 on el investigador José Templado (dcha.) C trabajando en Mozambique con la malaria.

ENTOMOLOGÍA SANITARIA

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Oliver W. Holmes (1809-1894) fue médico y poeta norteamericano, crítico con la homeopatía, a la que denominó pseudociencia. El definió la ciencia así: «La ciencia es un magnífico mobiliario para el piso superior de un hombre, siempre y cuando su sentido común esté en la planta baja.» A ello podríamos añadir, «el ascensor es la curiosidad por el conocimiento». —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? La curiosidad por la zoología me surgió en la más tierna infancia. Mis visitas al Museo comenzaron con 8 años y un jueves al mes lo visitaba. Desde entonces siempre quise trabajar en él y ya comencé en primero de carrera a ayudar, en lo que me era posible, a algunos investigadores y becarios, con el permiso de D. Eugenio Ortiz, el que era director del Museo en aquellos tiempos duros para la investigación. Una vez terminada la carrera quedé fascinado por los invertebrados; antes me seducían los anfibios y reptiles, de los que no existían especialistas en Madrid, y poco a poco mi vocación se desvió a los invertebrados acuáticos, en los que he terminado trabajando. Una vez orientado hacia la especialización, el ver ejemplares de grupos que había estudiado sobre textos, pero que nunca había visto

«presencialmente», me causaba una enorme satisfacción y, sobre todo, el ser capaz de reconocerlos. Esta sensación se repitió cuando, ya especializado, encontraba ejemplares que eran nuevas citas para la Península o parecían especies nuevas para la ciencia. Trabajando ya en el Museo pude descubrir las magníficas colecciones que alberga y en las que terminé trabajando, ya que la primera plaza que saqué fue la de conservador de las colecciones de Invertebrados no Insectos, que así se denominaba. Hasta ese día mi vida resultaba muy complicada, ya que con cerca de treinta años no tenía un trabajo del que poder vivir, pero logré no desanimarme y persistir en lo que siempre había querido y me había propuesto. El cambio fue estupendo, pero poco a poco me fui dando cuenta de lo difícil que resultaba desenvolverte en el ámbito científico en España. Con el paso de los años, ves que la burocracia te va cortando el contacto con la investigación, que se va delegando en jóvenes y nuevos estudiantes, mientras te vas quedando para resolver papeles, permisos, administración de tus presupuestos, etc., y eso cuando has tenido la suerte de haber conseguido financiación para realizar tu trabajo de investigación. También la investigación me ha permitido conocer países y ecosistemas únicos, así como a investigadores de multitud de países muy diferentes y ya, en los últimos años, realizar una investigación que te hace sentir útil a la sociedad que te ha criado y financiado.

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IMPORTANCIA LO PEQUEÑO

NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

UN PLANETA DE 4.000 MILLONES DE AÑOS

LA VIDA HUMANA DEPENDE DE LA SALUD DE LOS ECOSISTEMAS

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FERNANDO VALLADARES Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Tras treinta años midiendo fotosíntesis en plena sequía o estudiando la regeneración natural de encinas y sabinas en escenarios de cambio global, creo que ha llegado el momento de narrar y descifrar las bases científicas de nuestra dependencia de unos ecosistemas bien conservados. Estamos ante una coyuntura histórica en la que no podemos seguir de espaldas a la naturaleza como si el cambio climático, la pérdida de especies o la contaminación no fueran con nosotros. Van con nosotros y mucho. Si no, que se lo digan a ese cuarto de millón de personas que perdieron la vida durante el 2020 por efecto del cambio climático, que se suman a ese millón largo de fallecidos que trajo la COVID-19 ese mismo año. Dos situaciones evitables, pero que una vez desatadas son imparables. Dos situaciones ante las que de muy poco sirve nuestra magnífica tecnología. Una tecnología que nos lleva a Marte o que permite que le cambiemos el eje de inclinación al planeta, pero que es incapaz de contener una pandemia o la elevación del nivel del mar por el calentamiento global una vez se desatan. Tras décadas de movimientos ecologistas, todos vamos haciéndonos ambientalistas porque la evidencia de nuestra insostenible huella ambiental crece y se vuelve omnipresente e inevitable. La dificultad de imitar a la naturaleza es una razón más para conservarla. Muchas de sus funciones se nos escapan a los

 aguna de Taravilla en el Parque L Natural del Alto Tajo.

propios científicos y quedan de manifiesto para todos, precisamente, cuando fallan. La función o, mejor dicho, las funciones de la biodiversidad no las tenemos presentes hasta que un ecosistema al que le faltan especies nos golpea con un problema sanitario o económico. Por ejemplo, el papel regulador de los superpredadores a través del miedo inducido en sus presas es de un refinamiento y preciosismo tales, que es impensable replicarlo. Una naturaleza bien afinada consigue unos grados de sofisticación en su función que resultan inimitables para el ser humano. Lo vemos con cosas sutiles y eficaces como la inmunidad de paisaje, que reduce los riesgos de pandemias, o la protección de la vegetación y el suelo con la mera presencia de un superpredador. La salud humana empieza en la salud de los ecosistemas, así que no debe extrañarnos que restaurar la naturaleza sea un servicio de salud pública. Posiblemente, el primero y más importante, visto lo visto con la COVID-19. Esta conexión entre la salud de los ecosistemas y la salud humana hace de la restauración ecológica algo clave en las estrategias sanitarias y en los programas de salud. El cambio del uso del suelo es el principal impulsor de la propagación de patógenos zoonóticos a las poblaciones humanas y tenemos que prestar más atención a los mecanismos de la cascada de infección y propagación de los patógenos zoonóticos (Raeser et al., 2021). Ello permite proteger la inmunidad del paisaje, es decir, proteger las condiciones ecológicas que reducen el riesgo de propagación de los patógenos desde los reservorios animales. Una auténtica prioridad de

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«POCAS COSAS TIENEN UN VALOR PREVENTIVO MAYOR QUE MANTENER ECOSISTEMAS SALUDABLES, ECOSISTEMAS RICOS EN ESPECIES Y EN PROCESOS ECOLÓGICOS»

conservación y seguridad sanitaria que va desde la escala local a la mundial, especialmente en un mundo globalizado e interconectado como el actual. Pocas cosas tienen un valor preventivo mayor que mantener ecosistemas saludables, ecosistemas ricos en especies y en procesos ecológicos. A pesar de nuestra propensión a construir hospitales y a aplacar los problemas de salud una vez que se desencadenan, cada vez hay más razones para reducir los riesgos de que la gente enferme. La mejor y más eficiente manera de evitar estas enfermedades y fallecimientos es resolver los problemas en su origen, que se encuentra en un elevadísimo porcentaje en la degradación ambiental. La evidencia de cómo se pierde la «inmunidad de paisaje» al degradarlo es aplastante, como muestran Plowright y colaboradores (2021). Las contramedidas ecológicas previenen zoonosis inducidas por cambios en el uso de la tierra, fomentan la inmunidad del paisaje y reducen el riesgo de exposición humana a los patógenos transmitidos por la fauna salvaje. La eliminación de especies exóticas invasoras y la restauración de vegetación autóctona son ejemplos de contramedidas ecológicas (Raeser et al., 2021). La colaboración interdisciplinaria, los estudios sobre la propagación inducida por el uso de la tierra, la integración de los objetivos ecológicos y sanitarios en las estrategias políticas y el aumento de la vigilancia de los patógenos zoonóticos son claves en las contramedidas ecológicas. La restauración ecológica es esencial en el marco de la salud planetaria. Las interacciones entre especies son la base de los equilibrios ecológicos, unos equilibrios finamente alcanzados tras milenios de evolución conjunta. Cada vez comprendemos mejor la variedad de interacciones que existen entre las especies que coexisten en un ecosistema. Pero algunas interacciones han escapado incluso al ojo de la ciencia. La ecología del miedo

nos enseña que el predador regula a la presa mucho más por miedo que por predación (Zanette & Clinchy, 2019). Se ha visto con lobos y ciervos, con tiburones y tortugas marinas y con los grandes felinos de la sabana africana y todas sus presas. La mera presencia del predador induce cambios en el comportamiento de las posibles presas que son mucho más importantes que los relacionados con los pocos animales que llega a cazar. Este cambio de comportamiento por miedo al predador actúa en cascada afectando procesos ecosistémicos como la productividad, la regeneración del suelo y la vegetación, la coexistencia entre especies y la capacidad del ecosistema de secuestrar carbono y mitigar el cambio climático (Wilmers & Getz, 2005). No hay gestión humana que pueda replicar todos estos efectos. Esta realidad, sumada a la gran vulnerabilidad que hemos mostrado en los últimos años ante climas extremos y zoonosis, son razones incontestables para cambiar nuestra relación tóxica con la naturaleza. No es ya una cuestión espiritual o ética. Es una cuestión científica de pura supervivencia. La ciencia no hace sino acumular evidencias y ejemplos que deben convencernos de «deponer nuestra actitud altanera» y dejar de explotar la naturaleza sin permitir su regeneración, dejar de imponerle nuestros proyectos y, en lugar de ello, aliarnos con ella para seguir vivos. Vivos, sanos y felices. Ahí es nada.

La vida humana depende de la salud de los ecosistemas

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Figura 1. Los espacios naturales protegidos como el Parque Natural del Alto Tajo son reservas de biodiversidad y de procesos ecológicos fundamentales para lo que se conoce como salud planetaria. Foto: Fernando Valladares.

Figura 2. La degradación de los ecosistemas es una consecuencia habitual de la construcción de infraestructuras. Se trata de un proceso muy asimétrico, ya que la degradación es rápida y la restauración lenta y costosa. La fotografía muestra ensayos de restauración ecológica de ecosistemas de yesos afectados por la construcción de la autovía de circunvalación M-50 en el sur de Madrid en el año 2002. Foto: Fernando Valladares.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

PARA SABER MÁS

Plowright, R. K., Reaser, J. K., Locke, H., Woodley, S. J., Patz, J. A., Becker, D. J., … & Tabor, G. M. (2021). Land useinduced spillover: a call to action to safeguard environmental, animal, and human health. The Lancet Planetary Health, 5, e237-e245. Reaser, J. K., Witt, A., Tabor, G. M., Hudson, P. J., & Plowright, R. K. (2021). Ecological countermeasures for preventing zoonotic disease outbreaks: when ecological restoration is a human health imperative. Restoration Ecology, 29(4), e13357.

Wilmers, C. C., & Getz, W. M. (2005). Gray wolves as Climate Change buffers in Yellowstone. PLoS Biol, 3(4), e92. https://doi.org/10.1371/journal. pbio.0030092. Zanette, L. Y., & Clinchy, M. (2019). Ecology of fear. Current Biology, 29(9), R309-R313.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia en general, y la ecología en particular, le pone números y evidencia experimental a toda esa sabiduría acumulada durante milenios que nos revela algo simple, rotundo y esencial: el ser humano necesita aliarse con la naturaleza y no luchar contra ella para mantener sus opciones en el planeta.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? En mi carrera como investigador hay dos cosas particularmente emocionantes: cruzar el estrecho del Drake rumbo a la Antártida sorteando olas de diez metros de altura con buques que no se encontraban, ni mucho menos, en el mejor de los estados de mantenimiento, y encontrar patrones en largas series de datos de campo que revelaran el signo y la intensidad de procesos ecológicos importantes como la regeneración del bosque.

La vida humana depende de la salud de los ecosistemas

 os predadores como este caimán yacaré en L el Pantanal, Brasil, ejercen un control fino de sus presas mediante cambios en el comportamiento inducidos por el miedo a su mera presencia, que tienen efectos en cascada en todo el ecosistema.

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¿QUÉ SON LOS BOSQUES Y QUÉ NOS APORTAN?

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ANDRÉS BRAVO-OVIEDO Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

ELENA D. CONCEPCIÓN

FERNANDO VALLADARES Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

RAQUEL BENAVIDES

Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Pocas cosas nos evocan sentimientos tan contradictorios como los bosques. Mientras que para algunas personas se trata de lugares casi mágicos donde encontrar sosiego y tranquilidad, para otras rememoran nuestros miedos infantiles o son el lugar de donde extraer los bienes y servicios que necesitamos. Esta concepción múltiple del bosque ya la tenían los romanos que clasificaban los bosques en lucus, bosque sagrado, nemus, bosque denso, silva, monte bajo y saltus, zona de vegetación heterogénea. De ellos heredamos toponimias como Lugo, adjetivos como nemoral, sustantivos como selva o tecnicismos como selvicultura. El bosque y todo lo que implica está presente desde nuestro subconsciente colectivo hasta nuestra forma de comunicarnos.

A pesar de nuestra conexión ancestral con los bosques y de la evidencia científica sobre su papel esencial para conferir a la biosfera esas propiedades imprescindibles para la vida en general y la nuestra en particular, los bosques del planeta están amenazados por nuestras actividades. El bosque amazónico, del que depende la productividad de buena parte de Iberoamérica y el clima de todo el planeta, sufre todo tipo de agresiones que le hacen decrecer no solo en extensión sino en funcionalidad. En las últimas tres décadas ha pasado a fijar un tercio menos del carbono. Este bosque requiere de unas condiciones de humedad para su regeneración que ya no se dan en buena parte de su área, y la fertilidad que aportaba el polvo del desierto del Sáhara que periódicamente cruza el Atlántico empieza a faltar por los impactos del cambio climático en la temperatura del mar y en la circulación de los vientos. Algo similar podemos decir del bosque más extenso del planeta, el bosque ártico, la taiga, atenazada directa e indirectamente por el cambio climático y la contaminación. La deforestación de los bosques más valiosos, como la selva del Congo o los bosques de Borneo, nunca llega a ser compensada por proyectos de reforestación, por muy faraónicos que sean, o por el avance espontáneo del bosque asociado al abandono rural en extensas regiones de Europa (Martin-Fores et al., 2020). Con la pérdida de los bosques más complejos, y en general más antiguos, se pierden especies y funciones que tardarán siglos en recuperarse o que quizá no lleguen a alcanzarse nunca.

La importancia de los bosques comienza con su extensión: cubren casi un tercio de la superficie terrestre a nivel mundial, de los cuales un 97 % son bosques naturales o plantados con fines de conservación y protección y un 3 % son plantaciones forestales con fines productivos. Los bosques albergan cerca del 80 % de las especies terrestres, pero se perdieron cerca de 5 millones de hectáreas por año entre 2010 y 2020 (FAO, 2020). La noticia menos mala es que dicha tasa anual de deforestación ha ido disminuyendo en los últimos 30 años. Es decir, seguimos perdiendo bosque, pero lo perdemos algo más despacio.

Apeninos, cerca de Abetone, Italia, 2017. Foto: Andrés Bravo-Oviedo.

Los bosques no son solo una superficie más o menos continua de árboles. Los ecotonos o zonas de

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«LA DIVERSIDAD, NO SOLO DE ESPECIES DENTRO DE UN BOSQUE, SINO DE TIPOS DE BOSQUE DENTRO DE UN TERRITORIO, ES NECESARIA PARA QUE A ESCALA GLOBAL SE MANTENGA EL EQUILIBRIO»

transición hacia otros ecosistemas, los bosques de ribera, los claros del bosque o los mosaicos agroforestales, que albergan comunidades vegetales de leñosas arbustivas y herbáceas ricas en especies, son elementos clave de los bosques y constituyen importantes conectores del paisaje que garantizan la viabilidad de las poblaciones de multitud de organismos. Esa complejidad trae más procesos y funciones. Se ha comprobado que existen redes cooperativas edá­ ficas, que la cobertura arbustiva mejora las condiciones microclimáticas y favorece el desarrollo del regenerado arbóreo y que los árboles de especies diferentes, en su etapa adulta, muestran complementariedad en el uso de recursos reduciendo la competencia y confiriendo resiliencia al bosque. Los bosques nos proporcionan, no solo innumerables servicios ecológicos y socioeconómicos clave, sino también importantes servicios culturales como los paradigmáticos bosques Iglesia de Etiopía o las fragas, carballeiras, teixedales y castañeiras de Galicia, auténticos bosques sagrados. El renacimiento económico de los bosques y su nueva puesta en valor no viene exento de riesgos. Con frecuencia los riesgos se derivan de políticas que favorecen la utilización de un número selecto y limitado de especies arbóreas, en lugar de aprovechar el potencial que una alta biodiversidad puede aportar a la sociedad. Desde el Museo Nacional de Ciencias Naturales investigamos cómo el papel de la diversidad afecta a la multifuncionalidad y a la provisión de servicios ecosistémicos y estamos constatando una estrecha relación entre la biodiversidad y estas funciones y la propia regeneración, crecimiento y expansión del bosque. Vamos comprendiendo que toda esta multifuncionalidad no se alcanza con un único tipo de bosque dominado por unas pocas especies. La diversidad,

no solo de especies, dentro de un bosque, sino de tipos de bosque dentro de un territorio, es necesaria para que a escala global se mantengan equilibrio, resiliencia y regeneración, además de la larga lista de bienes y servicios que el ser humano necesita (Van der Plas et al., 2016a, 2016b; Baeten et al., 2019; Benavides et al., 2019). Nos queda el reto de minimizar la tensión entre actividades y grupos sociales con intereses contrapuestos en relación a los bosques. Para ello, variables sociodemográficas, la percepción social y la preferencia de uso por parte de la sociedad, son elementos clave para la correcta gestión de los sistemas forestales (Bravo-Oviedo et al., 2020).

¿Qué son los bosques y qué nos aportan?

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Figura 1. Cerca de Errol, New Hampshire, EE. UU, 2019. En este viaje analizamos la relación riqueza de especies-productividad y sus efectos en servicios ecosistémicos. Foto: Andrés Bravo-Oviedo.

Figuras 2 y 3. Apeninos, cerca de Abetone, Italia, 2017. Marteloscopio o aula de señalamiento donde ensayamos el efecto de factores socio-demográficos en la toma de decisiones forestales. Fotos: Andrés Bravo-Oviedo.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

PARA SABER MÁS

Baeten, L., Bruelheide, H., van der Plas, F., Kambach, S., Ratcliffe, S., Jucker, T., … & Scherer-Lorenzen, M. (2019). Identifying the tree species compositions that maximize ecosystem functioning in European forests. Journal of Applied Ecology, 56(3), 733-744. Benavides, R., Scherer-Lorenzen, M., & Valladares, F. (2019). The functional trait space of tree species is influenced by the species richness of the canopy and the type of forest. Oikos, 128(10), 1435-1445. Bravo-Oviedo, A., Marchi, M., Travaglini, D., Pelleri, F., Manetti, M. C., Corona, P., … & Nocentini, S. (2020). Adoption of new silvicultural methods in Mediterranean forests: the influence of educational background and sociodemographic factors on marker decisions. Annals of Forest Science, 77, 1-17. FAO. (2020). Global forest resources assessment 2020-key findings, Policy research paper. Martín-Forés, I., Magro, S., BravoOviedo, A., Alfaro-Sánchez, R., Espelta, J. M., Frei, T., … & Valladares, F. (2020). Spontaneous forest regrowth in SouthWest Europe: Consequences for nature's contributions to people. People and Nature, 2(4), 980-994. Van der Plas, F., Manning, P., Allan, E., Scherer-Lorenzen, M., Verheyen, K., Wirth, C., … & Fischer, M. (2016). Jack-of-all-trades effects drive biodiversity-ecosystem multifunctionality relationships in European forests. Nature Communications, 7(1), 1-11.

Van der Plas, F., Manning, P., Soliveres, S., Allan, E., Scherer-Lorenzen, M., Verheyen, K., … & Fischer, M. (2016). Biotic homogenization can decrease landscape-scale forest multifunctionality. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(13), 3557-3562.

¿Qué son los bosques y qué nos aportan?

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Un conjunto de capacidades para afrontar los retos de la vida. Por un lado, cuando tenemos certezas basadas en el conocimiento científico somos capaces de afrontar la realidad de forma más racional y damos respuestas concretas a problemas concretos, incrementando nuestra confianza y seguridad. Pero también, en situaciones de incertidumbre, nos permite encauzar y racionalizar nuestras acciones para encontrar soluciones eficientes. Incluso en tiempo récord, como ha sido el desarrollo de las vacunas de COVID-19.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Conocer y comprender aspectos transversales a mi campo de especialidad. Interpretar las relaciones que ocurren dentro del bosque y entre el bosque y sociedad en diversas partes del mundo para tener una visión global de los bosques y sus procesos. Para mí ha sido una forma de ir rompiendo fronteras, más allá de anécdotas emocionantes que puedan ocurrir en la experimentación en campo. Andrés Bravo-Oviedo

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EL CLIMA QUE NOS ESPERA. BOSQUES Y CAMBIO GLOBAL

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ANA REY Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

El cambio climático ya se ha convertido en titular de los medios de comunicación casi a diario. Nos alertan de que los glaciares se derriten, observamos cómo aumentan las inundaciones y las sequías en España y en diversas partes del mundo, cómo cada año los incendios arrasan nuestros bosques y queman enormes extensiones en Brasil (el pulmón del planeta) o en Indonesia, se expanden las especies invasoras a lo largo del planeta mientras vemos cómo otras desaparecen para siempre y algunos alertan sobre una sexta extinción masiva (Barnosky et al., 2011). Es ya innegable que algo está ocurriendo… ¿y nuestros bosques? Más allá de que encierren una incuestionable belleza, son nuestros aliados en la lucha contra el cambio climático mientras encontramos la manera de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y nos concienciamos de que debemos cambiar nuestros hábitos si queremos preservar nuestra casa, el planeta. Desde hace tiempo, los científicos conocen bien el papel que los bosques juegan en el clima (Thomson, 1980). No en vano han sido determinantes en el clima de la tierra. A través de los diminutos poros de sus hojas, los estomas, intercambian oxígeno, carbono y agua con la atmósfera. Cuando las primeras plantas aparecieron hace más de 500 millones

 os árboles almacenan importantes cantidades de L carbono en su tronco. Las sequoias pueden llegar a alcanzar más de 100 m de altura y a vivir más de 1000 años. Foto: Ana Rey.

de años, y los bosques 130 millones de años después, modificaron la composición de la atmósfera, y como consecuencia el clima de la tierra. Hoy en día los bosques ocupan aproximadamente 42 millones de kilómetros cuadrados o, lo que es lo mismo, casi un tercio de la superficie terrestre (Bonan, 2008). Esa superficie es equivalente a la de Brasil, Canadá, China y Estados Unidos juntos. Con esa enorme superficie cubierta de bosques y el constante intercambio de gases que realizan con la atmósfera, modifican el balance energético, hídrico y de carbono de todo el planeta. Los bosques aportan muchos servicios ecosistémicos o funciones sin las cuales no sería posible nuestra vida en la tierra. Producen madera como combustible o material de construcción esencial en muchas regiones del planeta, alimentos como setas, frutos o plantas medicinales, son el hábitat de muchos animales y albergan una gran parte de la biodiversidad del planeta, protegen el suelo y ayudan a retener y filtrar el agua de lluvia, enfrían nuestras ciudades y entornos, absorben contaminantes nocivos para nuestra salud, además de crear lugares de recreo y turismo que contribuyen a nuestro bienestar y a nuestra salud. De entre todas estas funciones, una de las más importantes es la regulación del clima (Bonan, 2008). A través de esos diminutos poros en sus hojas asimilan CO2 de la atmósfera (fotosíntesis, el mayor proceso a escala global) y almacenan ese carbono en la madera, en sus hojas y al descomponerse, en el principal almacén de carbono de la

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«DEBEMOS PROTEGER Y MANTENER NUESTROS BOSQUES PARA QUE ESTÉN SANOS Y NOS PUEDAN SEGUIR AYUDANDO EN LA LUCHA CONTRA EL CAMBIO CLIMÁTICO»

tierra, en el suelo. Por ello, junto con los océanos, son los principales «sumideros de carbono». Se estima que los bosques de todo el mundo almacenan unos 640 000 millones de toneladas de carbono (y 70 % más si consideramos el carbono almacenado en los suelos), que es más de la cantidad de carbono que se encuentra en la atmósfera y absorben un tercio de la cantidad que emitimos como consecuencia de la quema de combustibles fósiles (Denman et al., 2007). Sin ellos, el calentamiento global sería aún mucho peor. De las 39 000 millones de toneladas de CO2 que emitimos a la atmósfera cada año, cerca de un 30 % es absorbido en la tierra principalmente por los bosques y cerca de un 25 % por los océanos (Fischlin et al., 2007). Los bosques de todo el mundo contienen más carbono que los depósitos de gas, petróleo y carbón juntos. Por ello, cuando los bosques se queman, o cuando se cortan y destruyen, se liberan importantes cantidades de carbono a la atmósfera. De ahí la importancia de conservar y prevenir la pérdida de esos enormes almacenes de carbono para que no se pierdan y liberen a la atmósfera agravando aún más la situación. Sin embargo, la importancia de los bosques con relación al cambio climático va mucho más allá de ser grandes almacenes de carbono. Los árboles son también bombas de agua. Literalmente extraen agua del terreno y liberan vapor de agua a través de sus estomas a la atmósfera, regulando los patrones de precipitación local, regional y global. Un árbol puede transpirar cientos de litros de agua al día. Son verdaderos sistemas naturales de humificación. Cada 100 litros de agua que transpiran equivalen al enfriamiento provocado por dos sistemas convencionales domésticos de aire acondicionado al día. Por ello, los bosques contribuyen a la humedad ambiental y regulan los patrones de precipitación a través de la evapotranspiración, es decir la evaporación de los

suelos y de la superficie de las plantas a través de los estomas o transpiración. Como media, al menos el 40 % de la lluvia se origina a partir de este proceso. La pérdida de bosques reduce la evapotranspiración y ello tiene importantes consecuencias sobre la precipitación a miles de kilómetros Todos esos procesos de transpiración, intercepción, evaporación, infiltración y recarga de acuíferos, son esenciales en el ciclo hidrológico y tienen un impacto positivo en la protección del suelo evitando inundaciones. Cuando desaparecen los bosques se acelera la degradación del suelo, ya que reduce la infiltración y retención de agua de lluvia. Pero los bosques no son solo fábricas de carbono y bombas de agua, además son verdaderos sistemas de refrigeración naturales. Los bosques afectan el balance energético de la superficie terrestre ya que modifican su capacidad de absorber y reflejar la radiación solar (lo que se conoce como albedo) y enfrían el aire al transpirar agua. Por tanto, afectan a la temperatura y flujos de calor de la superficie terrestre (Denman et al., 2007). Seguro que has notado como refresca la temperatura al pasear por un bosque en verano. Los bosques tropicales, principal masa arbórea de la Tierra, enfrían la atmósfera de los trópicos y del planeta y contribuyen a crear las lluvias tan esenciales para los cultivos. De ahí, que la deforestación de estos bosques tenga un impacto crucial aumentando la temperatura y disminuyendo las lluvias tan esenciales para la producción de alimentos y provisión de agua. Por tanto, los bosques están intrínsecamente ligados al clima, tanto como causa como solución al calentamiento global, que está impactando su salud, distribución y composición. Cada vez existen mayores evidencias de que están bajo presión y sufren no solo por el incremento de incendios y deforestación, si no porque el cambio climático está ocasionando el declive de muchos bosques a lo largo de todo el planeta (Allen et al., 2010).

El clima que nos espera. Bosques y cambio global

Figura 1. Biosphere 2 Center en Arizona. Centro de investigación para estudiar la respuesta de los bosques a cambios en el clima. Foto: Ana Rey.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

Cuantificar y entender el papel de los bosques es esencial para entender y predecir el clima del futuro y, por ello, muchos científicos nos dedicamos a estudiarlos. Más allá de la urgencia de tomar medidas que reduzcan las emisiones de gases de efecto invernadero, está claro que debemos proteger y mantener nuestros bosques para que estén sanos y nos puedan seguir ayudando en la lucha contra el cambio climático, además de asegurar numerosos servicios para el bienestar del planeta y de los seres humanos. Los científicos alertan: el clima futuro de nuestro planeta está intrínsecamente unido al futuro de nuestros bosques. PARA SABER MÁS

Allen, C. D., Macalady, A. K., Chenchouni, H., Bachelet, D., McDowell, N., Vennetier, M., … & Cobb, N. (2010). A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests. Forest Ecology and Management, 259(4), 660-684.

Fischlin et al. (2007). Climate Change: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge Univ. Press, Cambridge).

Barnosky, A. D., Matzke, N., Tomiya, S., Wogan, G. O., Swartz, B., Quental, T. B., … & Ferrer, E. A. (2011). Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived. Nature, 471(7336), 51-57.

Sabine et al. (2004). The Global Carbon Cycle: Integrating Humans, Climate, and the Natural World. C. B. Field, M. R. Raupach, Eds. (Island Press, Washington, DC, 2004) pp. 17-44.

Bonan, G. B. (2008). Forests and climate change: forcings, feedbacks, and the climate benefits of forests. Science, 320(5882), 1444-1449.

Thompson, K. (1980). Forests and climate change in America: some early views. Climatic Change, 3(1), 47-64.

Denman, K. L., Brasseur, G., Chidthaisong, A., Ciais, P., Cox, P. M., Dickinson, R. E., ... & Zhang, X. (2007). Couplings Between Changes in the Climate System and Biogeochemistry. En S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, ... & H.L. Miller (Eds.). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp. 499-587). Cambridge University Press.

El clima que nos espera. Bosques y cambio global

Castañar de El Tiemblo, Ávila. Foto: Ana Rey.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos aporta una manera de observar sin prejuicios, de sorprenderse y de mantener viva esa curiosidad de preguntarse. Una manera de ver el mundo. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Apasionada por los bosques y curiosa por naturaleza, he tenido la enorme suerte de

dedicarme a la ciencia de los bosques, intentando encontrar respuestas a las mil preguntas y secretos que esconden. Les debo mucho. Me han llevado a lugares maravillosos, a viajar y vivir por el mundo durante más de veinte años, a conocer y trabajar con otros investigadores de muchos países con los que disfrutar y compartir esa pasión y mantener siempre esa curiosidad que lo hace apasionante porque a cada respuesta surgen muchas más preguntas.

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LA CONTAMINACIÓN DEL SUELO

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FERNANDO GARRIDO Departamento de Geología, MNCN-CSIC

El suelo es un medio vivo y dinámico; un conjunto de minerales, materia orgánica y organismos vivos que, junto con gases y líquidos que discurren y se almacenan en su gran red de poros, cubre gran parte de la superficie de la Tierra. Es la epidermis viva del planeta que nace a partir de la roca madre, cuando esta se desintegra por la acción del clima y es colonizada por seres vivos. Con el tiempo, los minerales de la roca se transforman, la actividad de los seres vivos lo mezcla y le proporciona materia orgánica y tras este proceso físico, químico y biológico que puede durar miles de años, se forman los suelos que conocemos en la actualidad. Su conservación es necesaria para el mantenimiento de la vida en los ecosistemas terrestres. Entre las muchas funciones que ejerce en los ecosistemas que ocupa, destaca la de jugar un papel primordial en la regulación del ciclo del agua. El suelo retiene una buena parte del agua que recibe de la lluvia o de la irrigación reduciendo así el riesgo de inundaciones. De igual forma, alimenta nuestros acuíferos y garantiza el aporte de agua a plantas, animales y microorganismos. Acoplado a esta labor, el suelo ejerce un papel de filtro de contaminantes potencialmente tóxicos para los seres vivos que pueden estar contenidos en el agua que le llega o ser vertidos directamente

 xaminando el curso de agua ácida E de drenaje en una escombrera de residuos de mina en Tharsis, Huelva. Foto: Fernando Garrido.

sobre su superficie. Tal es el caso, por ejemplo, de los hidrocarburos aromáticos policíclicos, un conjunto de compuestos orgánicos estables y de conocida toxicidad –son carcinógenos y mutagénicos (capaces de producir cáncer y mutaciones)– que en ocasiones contaminan el suelo fundamentalmente a raíz de la actividad petroquímica (como resultado de derrames de petróleo) o como resultado de procesos de combustión deficiente de combustibles fósiles. Estos contaminantes pueden quedar retenidos en el suelo e, incluso, transformarse en sustancias inactivas por acción de su actividad microbiana. De esta forma, se protegen las reservas hídricas que nos abastecen de agua potable. Esta capacidad intrínseca del suelo para inactivar este tipo de contaminantes depende en buena medida de su estado de conservación y desarrollo. Sin embargo, en otras ocasiones los suelos se contaminan por sustancias inorgánicas que no pueden ser degradadas en la matriz del suelo. Tal sería el caso de procesos de contaminación por elementos químicos pesados de gran toxicidad potencial para los seres vivos, como pueden ser el plomo, el arsénico, el cromo o el talio. Como resultado de la industria extractiva de la minería, se producen grandes acumulaciones de residuos que son almacenados sobre la superficie del suelo. Estos materiales de desecho suelen ser extremadamente ricos en elementos tóxicos de escasa o nula utilidad industrial, de forma que permanecen expuestos a las condiciones meteorológicas. En interacción con el agua de lluvia pueden lixiviarse a través del suelo, generando un

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«EN NO POCAS OCASIONES EL SUELO VE SOBREPASADO SUS LÍMITES DEPURADORES PRODUCIÉNDOSE FENÓMENOS SEVEROS DE CONTAMINACIÓN» PARA SABER MÁS

importante riesgo de contaminar las reservas hídricas, o ser absorbidos por plantas que a su vez son empleadas para la alimentación animal o incluso del ser humano. Ante este riesgo, las distintas fases minerales y orgánicas del suelo aportan una gran capacidad de retención de elementos pesados reduciendo en gran medida o llegando a impedir su incorporación en las cadenas tróficas. Asimismo, en combinación con otros elementos químicos presentes en el suelo, estos contaminantes químicos pueden quedar embebidos en nuevos minerales que permanecen estables en el suelo, pero inaccesibles a los seres vivos. A pesar de la capacidad del suelo para paliar los efectos adversos que los contaminantes orgánicos o inorgánicos pueden producir en el medio ambiente, en no pocas ocasiones el suelo ve sobrepasado sus límites depuradores produciéndose fenómenos severos de contaminación del sistema suelo-agua que pueden, como consecuencia, afectar notoriamente a la salud de los seres vivos. Con el fin de combatir estas situaciones adversas, décadas de investigación científica han servido para conocer las reacciones biogeoquímicas mediante las cuales el suelo ejerce su papel como filtro ambiental. Si bien el conocimiento actual es aún parcial, sí ha permitido diseñar y poner en práctica diversas tecnologías que limpian de contaminantes y regeneran el equilibrio natural del suelo, o que potencian su capacidad de retención y/o transformación de contaminantes ambientales llegando a reactivar sus funciones ecosistémicas en aquellos casos de degradación severa. El avance en el conocimiento sobre estos procesos naturales que se dan en el suelo se adquiere sobre la base de experimentos científicos complejos en el laboratorio y en condiciones de campo, así como del empleo de técnicas analíticas capaces de aportar información a escala microscópica y molecular que en ocasiones requiere del acceso a grandes instalaciones científicas y la colaboración con expertos del ámbito de la física y la química.

Bonneau, M., & Souchier, B. (1987). Constituyentes y propiedades del suelo. Masson. Duchaufour, P., & Souchier, B. (1984). Edafología: Edafogénesis y clasificación. Masson. Jenny, H. (1994). Factors of soil formation: a system of quantitative pedology. Courier Corporation. Rodríguez, N., McLaughlin, M., & Pennock, D. (2019). La contaminación del suelo: una realidad oculta. FAO.

La contaminación del suelo

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Figura 1. Cauce de agua ácida de drenaje en escombrera de residuos de mina, Sao Domingos, Portugal. Foto: Fernando Garrido.

Figura 2. Dres. Asunción de los Ríos y Fernando Garrido trabajando en experimentos de espectroscopía de absorción de RX en sincrotrón Diamond, Reino Unido. Foto: Fernando Garrido.

Figura 3. Disposición de muestras geológicas para el estudio de la geoquímica de talio en sincrotrón. Foto: Fernando Garrido.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

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Figura 4. Escombrera de residuos de mina ricos en arsénico. Guadalix de la Sierra, Madrid. Foto: Fernando Garrido.

Figura 5. Dr. Martin Helmhart tomando muestras de residuos de mina en Guadalix de la Sierra, Madrid. Foto: Fernando Garrido.

Figura 6. Dr. Germán R. Castro (investigador responsable de la línea Spline, Sincrotrón ESRF, Grenoble) con los Dres. Fernando Garrido, Miguel A. Gómez-González y Javier García-Guinea (Museo Nacional de Ciencias Naturales) en la cabina de control de la línea Spline del sincrotrón ESRF en Grenoble, Francia. Foto: Fernando Garrido.

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La contaminación del suelo

 r. Fernando Garrido trabajando D en experimentos de espectroscopía de absorción de Rayos X en línea Spline del sincrotrón ESRF en Grenoble, Francia. Foto: Fernando Garrido.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia genera conocimiento que puede ser empleado para el desarrollo igualitario de nuestra sociedad. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Ser científico es una profesión apasionante que se nutre de la curiosidad y ambición por saber acerca de un aspecto de la naturaleza concreto desde el compromiso personal ético con lo constatable, lo cierto y lo demostrable. Uno

investiga desde la inquietud y el convencimiento personal de tener que hacerlo y conforme se avanza se encuentran nuevos retos científicos que a su vez llevan a otros incesantemente. Esto es quizá lo más interesante que he venido encontrando siempre a lo largo de mi carrera. Sin embargo, también encuentro extremadamente gratificante haber tenido la oportunidad de trabajar en otros centros de investigación nacionales e internacionales y de haber conocido investigadores de extraordinaria capacidad analítica y científica de los que he me he nutrido y que me han permitido avanzar en mis proyectos.

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EL SUELO Y LA IMPORTANCIA DEL HUMUS

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GONZALO ALMENDROS Departamento de Biogeoquímica y Ecología Microbinana, MNCN-CSIC

FCO. JAVIER GONZÁLEZ-VILA

JOSÉ A. GONZÁLEZ-PÉREZ Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología. IRNAS (CSIC)

JOSÉ MARÍA DE LA ROSA

Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología. IRNAS (CSIC)

Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología. IRNAS (CSIC)

La materia orgánica del suelo (el humus) constituye la mayor reserva de carbono orgánico del planeta, y se encuentra constituida por sustancias de elevado peso molecular y estructura muy compleja denominadas genéricamente «sustancias húmicas», que se encuentran ampliamente distribuidas tanto en los suelos como en los sedimentos orgánicos recientes e incluso en los carbones. Estas sustancias húmicas no presentan una composición definida ni constante en los distintos tipos de suelo, sino dependiente de los factores ambientales. Por ello, aparte de la información ecológica que aporta el estudio de la variabilidad espacial de la composición del humus en los suelos, también tiene gran interés el establecer su relación con la fertilidad de los suelos y la degradación, resiliencia y sostenibilidad de los ecosistemas.

El humus es el componente más impor­tante para mantener la calidad y salud del suelo, enten­dida como su capacidad para llevar a cabo diversas funciones que hacen posible el manteni­miento de los servicios ambien­tales del suelo. Además de ello, y como la biodegradación del humus requiere cientos de años, contri­buye de forma decisiva en la resiliencia del suelo, que es su capacidad para resis­tir y recuperarse de las perturba­ciones externas.

El suelo es un componente fundamental de la biosfera, no es renovable a escala humana y es esencial para la vida en el pla­neta. Aparte de sus funciones más co­nocidas, como so­porte para el desarrollo de las comunidades vegetales y animales y la producción agrícola, en el suelo tiene lugar el almacenamiento de agua, carbono y nutrientes, así como la regulación de la bio­disponibilidad de con­taminantes orgánicos e inorgánicos. Todo ello se lleva a cabo a través de procesos físicos, químicos y bioló­gicos interrelacio­nados que condicionan la produc­tividad general y la conservación de los ecosiste­mas.

Finca Experimental La Higue­ruela, Toledo.

Debido a que la materia orgánica del suelo constituye la mayor re­serva de carbono de la su­perficie de la Tierra, representando más de 3000 Pg (= gigatoneladas), incluso pequeñas alte­raciones en su conte­nido total producen importantes cambios en los ciclos biogeoquími­cos globales, directamente relacio­nados con cuestiones ambientales a las que se atribuye gran importan­cia en la ac­tualidad, como es la emisión de ga­ses de efecto inver­nadero. La composición química de humus es diferente en cada tipo de suelo, en la medida que du­rante el pro­ ceso de humificación se forman sustan­cias húmicas de estructura molecu­lar pro­gresivamente más compleja y más resistentes frente a la biode­gradación. En efecto, solo una parte del humus se encuentra en forma de restos vegetales más o menos inalterados, libres o asociados a las partículas minerales mediante enlaces débiles de natura­leza pre­dominantemente física. Esta ma­teria orgánica suele ser poco reac­tiva desde el punto de vista físico-químico, y se biodegrada rápida­mente.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«EL HUMUS CONTRIBUYE DE FORMA DECISIVA EN LA RESILIENCIA DEL SUELO, QUE ES SU CAPACIDAD PARA RESISTIR Y RECUPERARSE DE LAS PERTURBACIONES EXTERNAS»

En contraposición, más de la mitad de la materia orgánica del suelo está constituida por sus­tancias húmicas, que se forman en el suelo a partir de restos orgánicos de diverso origen. Pre­sentan una alta complejidad química y estructural, alta reactividad físico-química y gran capa­cidad para asociarse con otros componentes del suelo, con lo que influyen en las principales propiedades del mismo como son el mantenimiento de la fertilidad, agregación y estructura del suelo y en la reten­ción y circulación de agua, nutrientes, y contaminan­tes. Todo ello contribuye a la resiliencia del suelo frente a impactos ambien­tales, incluidos los cam­bios de uso. PRINCIPALES FUNCIONES DE LA MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO

Debido a sus activas propiedades de superficie (alta reactividad), las sustancias húmicas se encuentran en el suelo formando complejos más o menos insolubles con elementos como el calcio, hierro o aluminio, que actúan a modo de puentes entre las superficies orgánicas y mi­nerales. Estos complejos órgano-minerales mantienen y favorecen las propiedades físicas del suelo (agregación, estabilidad estructural, permeabilidad, retención de agua…) e interaccionan con la práctica totalidad de los constituyentes de la solución del suelo, actuando en la nutrición vegetal a través de la retención y movilización de nutrientes. Por todo ello, el humus participa tanto en regulación de los ciclos biogeoquímicos de todos los elementos, como en los procesos de detoxificación ambiental a través del bloqueo de contaminantes que afectan a los seres vivos. Desde hace más de 70 años, el CSIC mantiene varios grupos de investigación que han contri­buido decisivamente al conocimiento de la estructura, formación, evolución y funciones del humus. Actualmente, el grupo de Química del Humus del MNCN-CSIC

(Madrid) y el grupo de Materia Orgánica en Suelos y Sedimentos del IRNAS-CSIC (Sevilla) desarrollan varias líneas de investigación sobre la materia orgánica del suelo y sobre las sustancias húmicas que abordan dos aspectos complementarios: i) el estudio del humus como fuente de información sobre im­pactos ambientales en los ecosistemas y ii) las propiedades del humus en relación con la cali­dad, conservación y productividad de los suelos. Ambos aspectos se tienen en cuenta en tres grupos principales de líneas de investigación:

I. Origen, estructura y función de las sustancias húmicas A pesar del considerable progreso experimentado por la Química del Humus en los últimos treinta años, la estructura de la materia orgánica del suelo continúa sin ser conocida en su mayor parte. Frente a los conceptos clásicos que con­sideraban las sustancias húmicas como macromolé­culas vegetales más o menos alteradas, los estudios más recientes han puesto de ma­nifiesto su origen mediante mecanismos simultáneos de alteración y neoformación, que determinan la aparición de propiedades reguladoras de procesos físicos y quími­cos en los suelos.

II. Estudio ecológico de la humificación La composición química de las sustancias húmicas es variable en el espacio y el tiempo, y está condicionada por los factores ambientales. Por ello, la caracterización molecular de la materia orgánica del suelo proporciona información sobre el funcionamiento del ciclo del carbono, facilita el diagnóstico precoz de la degradación de los suelos y abre la posibilidad de diseñar medidas de control de los flujos de liberación o secuestro de C en los suelos. En este sentido, se está progresando en estudio del impacto del clima, la vegetación, los incendios forestales, el manejo del suelo, etc., a través del análisis de la composición molecular del humus.

El suelo y la importancia del humus

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Figuras 1 y 1_1. Suelo representativo de zonas agrícolas del centro de España (Finca Experimental La Higue­ruela, Toledo, perteneciente al Museo Nacio­nal de Ciencias Naturales) donde se estudia el efecto de las prácticas de manejo del suelo en el almacenamiento y calidad de su materia or­gánica, el control de la erosión y la productividad de cultivos bajo técnicas de agricultura de conservación en suelos en riesgo de degradación por su bajo contenido en humus. Fotos: Gonzalo Almendros.

Figuras 2 y 2_2. Suelo representativo del Parque Nacional de las Tablas de Daimiel, Ciudad Real, donde la ma­teria orgánica de la vegetación palustre se acumula en una llanura de inundación, formando capas de varios metros de humus. La composición química de las sustancias húmicas informa sobre las condiciones ambientales en el pasado, el efecto de procesos actuales como la dese­cación y los incendios, y permite conocer los factores que influyen en los ecosistemas que ac­túan como «sumideros de carbono».

1

Fotos: Gonzalo Almendros.

Figura 3. La mayor parte de la materia orgánica estabilizada en los suelos (ácidos húmicos, ácidos fúlvi­cos, de alto o bajo tamaño molecular, respectivamente), presenta un carácter macromolecular con estructura tridimensional y caótica, que incluye constituyentes aromáticos, alifáticos y grupos funcionales oxigenados en superficies de diferente reactividad. Para este tipo de sus­tancias no es posible establecer modelos estructurales generales.

1_1

2

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2_2

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

4

Figura 4. Procesos interrelacionados que determinan la formación de las sustancias de tipo húmico y el secuestro de carbono en el suelo.

250 μm

a)

100 μm

c)

b)

100 μm

Adaptado de: Almendros, G. (2008). Humic substances. En W. Chesworth (Ed.), Kluwer Encyclopedia of Soil Science (pp. 97-99). Springer.

Figura 5. Progresivas etapas de evolución de la materia orgánica y formación de los agregados del suelo, observadas al microscopio electrónico de barrido. Mientras los macroagregados (a, b) incluyen fragmentos orgánicos vegetales y animales, incorporados junto con partículas minerales, los microagregados (c), incorporan la materia orgánica en forma de restos encapsulados o inclui­dos en una matriz mineral o, en fases más avanzadas de evolución, se encuentran constituidos por sustancias húmicas (coloidales, amorfas) que forman complejos organo-minerales con las arcillas y los óxidos de hierro y aluminio (d).

25 μm

d)

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a)

1 μm

b)

0.2 μm

c)

0.2 μm

Figura 6. Ácidos húmicos aislados del suelo, forma floculada a pH= 3 (a). Ácidos fúlvicos aislados del suelo, pH= 3.5 (b). Fulvato de calcio (c).

6

El suelo y la importancia del humus

III. La materia orgánica del suelo y su función en los agrosistemas. Recuperación de los re­cursos de los residuos orgánicos El humus es tradicionalmente considerado como una fuente de nutrientes de liberación retar­dada y como una reserva de coloides orgánicos que intervienen en numerosos procesos de nutrición vegetal, movilidad de iones, agregación, estructura, y retención hídrica de los suelos. A consecuencia de la progresiva disminución en el contenido de materia orgánica prin­ cipal­mente causada por la agricultura intensiva basada en la fertilización mineral, es por lo que se hace necesario intensificar las investigaciones sobre la producción de enmiendas orgánicas y el mantenimiento de los niveles de humus mediante una gestión adecuada de los restos de las cosechas y de los residuos orgánicos en general, dentro de una visión de economía circular que también incluye el uso alternativo de otros recursos no renovables, tradicionalmente utilizados como combustibles, pero que contienen alta concentración de sustancias húmicas (turbas, lig­ nitos y otros sedimentos orgánicos fósiles).

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Libertad para tomar decisiones propias y acertadas. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Hacer de mayor lo que se deseaba de niño. Gonzalo Almendros

PARA SABER MÁS

Almendros, G., & González-Vila, F. J. (2012). Wildfires, soil carbon balance and resilient organic matter in Mediterranean ecosystems. A review. Spanish Journal of Soil Science, 2(2), 8-33. https://doi.org/10.3232/ SJSS.2012.V2.N2.01. Almendros, G., Hernández, Z., Sanz, J., Jiménez-González, M. A., RodríguezSánchez, S., & González-Pérez, J. A. (2018). Graphical statistical approach to soil organic matter resilience using analytical pyrolysis data. Journal of Chromatography A, 1533, 164-173. https://doi.org/10.1016/j. chroma.2017.12.015. Almendros, G., Sanz, J., & Velasco, F. (1996). Signature of lipid assemblages in soils under continental Mediterranean forests. European Journal of Soil Science, 47, 183-196. https://doi. org/10.1111/j.1365-2389.1996.tb01389.x Almendros, G., Tinoco, M. P., De la Rosa, J. M., Knicker, H., González-Pérez, J. A., & González-Vila, F. J. (2018). Selective effects of forest fires on the structural domains of soil humic acids as shown by dipolar dephasing 13C NMR and graphicalstatistical analysis of pyrolysis compounds. Journal of Soils and Sediments, 18(4), 1303-1313. http://dx.doi.org/10.1007/ s11368-016-1595-y. Hernández, Z., Almendros, G., Álvarez, A., Figueiredo, T., & Carral, P. (2019). Soil carbon stabilization pathways as reflected by the pyrolytic signature of humic acid in agricultural volcanic soils. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 137, 14-28. https://doi. org/10.1016/j.jaap.2018.10.015.

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ECOSISTEMAS SUBTERRÁNEOS: LABORATORIOS NATURALES

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SERGIO SÁNCHEZ-MORAL Departamento de Geología, MNCN-CSIC

SOLEDAD CUEZVA ROBLEÑO Departamento de Geología, Geografía y Medio Ambiente, Universidad de Alcalá, Madrid

TAMARA MARTÍN-POZAS Departamento de Geología, MNCN-CSIC

NAOMI SEIJAS MORALES Departamento de Geología, MNCN-CSIC

ÁNGEL FERNÁNDEZ-CORTÉS Departamento de Biología y Geología, Universidad de Almería, Almería

A medida que se investiga y aprende sobre el funcionamiento de los ambientes subterráneos, lo que se conoce coloquialmente como las cuevas, se adquiere una mayor conciencia de la importancia de estos ecosistemas en el funcionamiento global del planeta: lo que sucede en superficie tiene influencia directa en el desarrollo y las condiciones de la vida en el subsuelo, así como también hay una retroalimentación entre los cambios biogeoquímicos del subsuelo, tanto estacionales como a largo plazo (ligados al cambio climático), y las condiciones de vida en la superficie. Es cada vez más numerosa la literatura científica que aborda diferentes estudios sobre la Zona Crítica de la Tierra, entendida esta como la capa más superficial de la corteza terrestre donde se producen e interactúan todos los procesos físicos, químicos y biológicos fundamentales para el mantenimiento de la vida (Moravec & Chorover, 2020). Los ecosistemas subterráneos forman una parte esencial de la Zona Crítica, en torno al 20 % de la superficie continental libre de hielo se caracteriza por la presencia de rocas carbonáticas karstificables y que, por tanto, potencialmente pueden albergar cavidades próximas a la superficie. Son hábitats especiales para numerosas especies y contienen biomasa microbiana abundante y activa que vive tanto en el agua subterránea como en el sistema poroso de sedimentos y rocas. El hecho de que sean accesibles

 stación de monitorización ambiental situada E frente al panel principal de arte rupestre de la galería inferior de la cueva de la Garma. Foto: Soledad Cuezva.

los convierte en laboratorios naturales de un enorme valor para numerosas disciplinas científicas. Una de las líneas de investigación con mayor progresión en los últimos años se centra en el estudio del papel de los ecosistemas subterráneos como filtro regulador de las emisiones e intercambios de gases de efecto invernadero (GEI) entre la litosfera y la biosfera y su relación con el cambio global, que se observa en el clima terrestre. En este campo, nuestro grupo trabaja desde hace años en la monitorización ambiental de los ecosistemas subterráneos dirigida a la identificación y caracterización de todas las posibles fuentes, reservas y sumideros de GEI –prin­ ci­palmente de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O)– para calcular con mayor precisión sus balances globales. El cálculo de esos balances implica el conocimiento de los ciclos biogeoquímicos terrestres en los que complejas interacciones entre los procesos geológicos, microbiológicos y biogeoquímicos son responsables de las propiedades físico-químicas de la atmósfera subterránea y especialmente de los cambios en su composición (Martin-Pozas et al., 2020). El conocimiento generado en esta línea de investigación puede ser clave para la implementación de futuras medidas destinadas a establecer estrategias de adaptación y mitigación del cambio climático. En nuestras investigaciones más recientes, hemos realizado dos aportaciones relevantes sobre el importante papel que juegan estos ambientes subterráneos como reguladores de los gases de efecto invernadero

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

en la atmósfera y, por tanto, en la evolución del clima global. En ambas contribuciones científicas, la interacción entre el ecosistema subterráneo y su microbiota resulta fundamental:

- Nuestro grupo ha identificado y caracterizado, por

primera vez, el papel de los ecosistemas subterráneos como sumideros naturales efectivos de CH4 atmosférico en escalas estacionales y diarias (Fernandez-Cortes et al., 2015), revelando que este fenómeno puede ser relevante a escala global en términos de su contribución al equilibrio global de los GEI. Nuestros hallazgos alimentaron el interés de la comunidad científica y en la actualidad estos ecosistemas empiezan a ser considerados en las estimaciones del balance global de CH4.

- Hemos evaluado y cuantificado los procesos y me-

canismos fisicoquímicos que determinan que las cavidades subterráneas actúen como almacenes o fuentes netas de dióxido de carbono (CO2), dependiendo de las condiciones atmosféricas y del suelo externo (Cuezva et al., 2011), así como fuente de otros gases nitrogenados en ambientes hipogénicos (Martin-Pozas et al., 2020). En el caso del CO2, su papel es clave en el cálculo de los balances de carbono a escala anual e incluso diaria y, junto con el CO2 disuelto en el agua subterránea, pueden representar una cantidad similar a toda la reserva terrestre de este gas.

Otro aspecto destacable de los ecosistemas subterráneos radica en sus especiales características ambientales; en ellos la vida no depende de la energía solar y la fotosíntesis como principal suministro energético, presentan una elevada estabilidad térmica frente a las variaciones del clima externo, ausencia de luz y, en general, escasez de recursos y nutrientes en comparación con el exterior. Presentan, por tanto, condiciones únicas para examinar los requisitos energéticos mínimos para la vida y estudiar las adaptaciones de diferentes especies a condiciones de

estrés climático. En este sentido, estudiar la adaptación de los microorganismos a las condiciones medioambientales tan particulares del medio subterráneo, así como comprender cómo la microbiota influye en los sistemas que habita, supone un desafío excepcional en el ámbito científico que puede contribuir a la obtención de información clave para entender el origen de la vida en la Tierra y la búsqueda de esta en otros planetas. Una de las líneas de trabajo actuales de nuestro grupo de investigación se centra en la búsqueda y caracterización de interacciones microbio-mineral y la detección de biomarcadores en entornos subterráneos (p. e., cambios en las concentraciones de gases o la composición isotópica de los carbonatos o del agua intersticial que forma parte de determinados bioprecipitados), que pueden ser usados en el desarrollo de nuevos protocolos para la detección de potenciales análogos extraterrestres. Los depósitos minerales que se forman en las cuevas, conocidos con el término genérico de espeleotemas, registran las modificaciones ambientales que han regido su crecimiento y, por lo tanto, presentan un alto potencial como archivo de indicadores climáticos. Variables como la cantidad de lluvia, la temperatura y la composición de la atmósfera (exterior e interior), pueden extraerse del análisis de propiedades o características (indicadores o proxies) de los espeleotemas como son el espesor de sus laminaciones, la propia fábrica cristalina, su composición geoquímica (elementos traza, isótopos estables), luminiscencia, etc. Estas variables, junto con su amplio desarrollo temporal y la alta precisión en sus dataciones, los convierte en unas herramientas valiosas para reconstrucciones paleoambientales y paleoclimáticas. Por último, destacar que la gran estabilidad ambiental de las zonas internas de muchas cavidades ha hecho de ellas un refugio muy apreciado para muchas especies, incluida la especie humana desde tiempos prehistóricos. En muchas cuevas se localizan yacimientos arqueológicos de enorme relevancia, algunas

Ecosistemas subterráneos: laboratorios naturales

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1

2

Figura 1. Perfil idealizado de los ecosistemas subterráneos dentro de la Zona Crítica terrestre. Figura 2. Trabajos de muestreo y estudio ambiental en la cueva de Castañar de Ibor, Cáceres, donde se trabaja en su monitorización a largo plazo desde el año 2003. Foto: Ángel Fernández Cortés.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

de ellas con destacadas representaciones de arte rupestre en las que trabaja nuestro grupo. De las 18 cuevas que forman parte del conjunto denominado «Cueva de Altamira y arte rupestre paleolítico de la cornisa cantábrica» incluidas en el listado de Patrimonio de la Humanidad de la UNESCO, nuestro grupo trabaja o ha trabajado en 12 de ellas, aplicando los conocimientos de monitorización ambiental y microbiológica de nuestros proyectos de investigación en el desarrollo de sus planes de conservación (Saiz-Jimenez et al., 2011, entre otros). La comprensión de cómo viven e interaccionan los microorganismos con su entorno en estos excepcionales yacimientos subterráneos, es crucial para mejorar los planes de prevención y control de la colonización microbiana y, en definitiva, para el desarrollo de estrategias de conservación eficaces a largo plazo.

«LOS ECOSISTEMAS SUBTERRÁNEOS PRESENTAN CONDICIONES ÚNICAS PARA EXAMINAR LOS REQUISITOS ENERGÉTICOS MÍNIMOS PARA LA VIDA Y ESTUDIAR LAS ADAPTACIONES DE DIFERENTES ESPECIES A CONDICIONES DE ESTRÉS CLIMÁTICO»

PARA SABER MÁS

Cuezva, S., Fernandez-Cortes, A., Benavente, D., Serrano-Ortiz, P., Kowalski, A. S., & Sanchez-Moral, S. (2011). Short-term CO2(g) exchange between a shallow karstic cavity and the external atmosphere during summer: role of the surface soil layer. Atmospheric Environment, 45: 1418-1427. Fernandez-Cortes, A., Cuezva, S., Alvarez-Gallego, M., Garcia-Anton, E., Pla, C., Benavente, D., … & SanchezMoral, S. (2015). Subterranean atmospheres may act as daily methane sinks. Nature Communications, 6: 7003. Martin-Pozas, T., Gonzalez-Pimentel, J. L., Jurado, V., Cuezva, S., Dominguez-Moñino, I., Fernandez-Cortes, A., … & Saiz-Jimenez, C. (2020). Microbial Activity in Subterranean Ecosystems: Recent Advances. Applied Sciences, 10(22), 8130.

Martin-Pozas, T., Sanchez-Moral, S., Cuezva, S., Jurado, V., Saiz-Jimenez, C., Perez-Lopez, R., … & Fernandez-Cortes, A. (2020). Biologically mediated release of endogenous N2O and NO2 gases in a hydrothermal, hypoxic subterranean environment. Science of the Total Environment, 747, 141218. Moravec, B., & Chorover, J. (2020). Critical zone biogeochemistry: Linking structure and function. En K. Dontsova, Z. Balogh-Brunstad, G. Le Roux (Eds.), Biogeochemical Cycles: Ecological Drivers and Environmental Impact (pp. 133-149). Wiley. Saiz-Jimenez, C., Cuezva, S., Jurado, V., Fernandez-Cortes, A., Porca, E., Benavente, D., … & Sanchez-Moral, S. (2011). Paleolithic Art in Peril: Policy and Science Collide at Altamira Cave. Science, 334(6052), 42-43.

Ecosistemas subterráneos: laboratorios naturales

 ista general del techo de la sala de Polícromos V de la cueva de Altamira, donde monitorizamos sus condiciones ambientales durante más de 15 años.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia cubre la necesidad de entender y conocer que desarrollamos desde que nacemos, casi como forma de supervivencia. Nos proporciona una forma y un entorno fiable de adquirir ese conocimiento para entender lo que pasa y nos abre nuevas vías para seguir aprendiendo. Definitivamente, nos hace más libres. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Después de muchos años de trabajar en medios subterráneos, principalmente en cuevas con arte rupestre como la cueva de Altamira, en 2011 hicimos una campaña de campo allí con un nuevo analizador de aire que por primera vez nos permitía medir en continuo varios parámetros,

entre ellos la composición isotópica del CO2 y la concentración de metano (CH4). Eso, hacía unos años, podíamos considerarlo ciencia ficción. Nuestros modelos previos de cómo funcionaba la cueva se basaban en datos de mucha menor precisión y obtenidos muchas veces en muestreos puntuales. La cuestión era saber si lo que habíamos modelizado durante los años previos se cumplía, si nuestro trabajo investigador iba por buen camino. La emoción era grande y tras dos días de análisis del aire pudimos ver que, efectivamente, nuestro modelo funcionaba bastante bien y no solo eso, además descubrimos que el metano desaparecía en el aire de la cueva, un fenómeno que nadie había comprobado antes. Momentos como ese son verdaderamente emocionantes. Sergio Sánchez-Moral

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LA BIOGEOQUÍMICA ACUÁTICA (O EL APASIONANTE ESTUDIO DE LA DEPENDENCIA DE LA BIOSFERA EN UN MUNDO INVISIBLE DOMINADO POR REACCIONES QUÍMICAS)

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SALVADOR SÁNCHEZ-CARRILLO Departamento de Biogeoquímica y Ecología Microbiana, MNCN-CSIC

MIGUEL ÁLVAREZ COBELAS Departamento de Biogeoquímica y Ecología Microbiana, MNCN-CSIC

La presencia de agua dulce en la Tierra es casi un milagro. Solo un 2,5 % del agua que hay en el planeta es dulce, aunque casi toda (casi el 80 %) se encuentra congelada en glaciares y casquetes polares. De ese 20 % de agua dulce líquida, casi toda (19 %) está en el subsuelo (agua subterránea) y menos del 1 % se encuentra en la superficie o en la atmósfera. Este casi insignificante 0,01 % del agua que hay en la Tierra y que contiene pocas sales, ha sido capaz de construir una variedad fascinante de ecosistemas que albergan entre 100 000 y 200 000 especies (6-12 % de la biodiversidad global). A estos ecosistemas los llamamos acuáticos continentales y son especialmente vulnerables a las actividades humanas y a los efectos del cambio global, pues albergan una riqueza biológica desproporcionada. La disminución de la biodiversidad es aquí mucho más alarmante que la registrada en los ecosistemas terrestres. Pero los efectos que llamamos funcionales –los procesos ecológicos que transfieren energía y masa a través de los diferentes componentes de los ecosistemas (componentes bióticos o vivos, como las plantas, los peces o las bacterias, y abióticos o sin vida, como el sedimento, la columna de

 etrás de la belleza natural de un lago D se esconden un mundo invisible de reacciones químicas que sostiene la vida en la biosfera. La biogeoquímica es la base de la existencia de la Tierra tal y como la conocemos. Imagen de la laguna Tziscao, del Parque Nacional Lagunas de Montebello en Chiapas, México. Foto: S. Sánchez-Carrillo.

agua o los restos orgánicos)– son todavía más preocupantes. Estas alteraciones funcionales afectan a los servicios ambientales que los ecosistemas proporcionan a la biosfera y de los que dependemos toda la vida terrestre, incluidos nosotros. Que los sistemas acuáticos y sus procesos ecológicos funcionen adecuadamente no es un capricho de unos cuantos naturalistas, es una necesidad básica para asegurar la disponibilidad de agua, su limpieza (eliminan sustancias indeseables y tóxicas del agua), el reciclado de nutrientes (descomponen los restos orgánicos y liberan sus componentes inorgánicos a la biosfera) y la reducción de una parte importante del carbono que se acumula en la atmósfera (lo entierran en sus sedimentos a muy largo plazo). De ese «buen funcionamiento» de los ecosistemas acuáticos depende también la modulación del clima. Los estudiosos de la ecología de las aguas dulces, pioneros en el desarrollo de la biogeoquímica, llevan casi un siglo desentrañando los flujos de los elementos químicos inorgánicos en los ecosistemas acuáticos y trazando esos procesos funcionales. Gracias a sus investigaciones, hoy sabemos que los ríos, charcas, lagunas, lagos y embalses son la principal fuente natural de metano a la atmósfera, un gas inerte pero mucho más nocivo para el calentamiento global que el CO2. Pero también, que son los ecosistemas que más carbono secuestran (¡sí, aquí es legal y bien visto!) en sus sedimentos y que retienen ahí durante millones de años. Lamentablemente, como resultado de nuestro uso intensivo del planeta y sus recursos, esto está cambiando.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

Durante el siglo xx, más del 50 % de los humedales que existían en el mundo se han transformado en tierras de cultivo y todo el carbono que habían almacenado históricamente en sus sedimentos se ha liberado a la atmósfera en forma de CO2, contribuyendo al calentamiento del clima. Los últimos datos indican que, debido al empeoramiento de la calidad del agua, todas las aguas dulces, incluyendo las lagunas costeras, arrozales y embalses, por sí solas, ya son capaces de liberar a la atmósfera la mitad de todo el metano que se emite en la Tierra en un año, y eso es mucho. Y las predicciones dicen que, si seguimos tratando a los ecosistemas acuáticos así, seguirán emitiendo más y más metano en los próximos 100 años. No cuidar la salud de los ecosistemas también emite muchos gases de efecto invernadero, aunque de momento no tanto como el uso de combustibles fósiles o la ganadería intensiva. Desde la introducción de la agricultura y el sedentarismo, el hombre vierte sus desechos en ríos, lagos y humedales, confiando en su capacidad depuradora. Hemos convertido regiones boscosas en zonas agrícolas, abusando del uso de los fertilizantes. Y todo esto provoca que, mediados por los procesos ecológicos que citábamos arriba como beneficiosos, ese exceso de restos orgánicos y fertilizantes que llegan al medio acuático se convierta ahora en nutrientes para los vegetales acuáticos y contribuyan a aumentar mucho su producción. La eutrofización cultural, como se la conoce técnicamente, propicia la obesidad del sistema y desencadena una serie de eventos nocivos: a más alimento (nutrientes), más producción (vegetal) y, a más producción, más restos orgánicos que se acumulan en el fondo y que requieren de un mayor consumo de oxígeno por parte de los microorganismos que allí habitan para poder ser reciclados. A medida que la parte más profunda de la masa de agua se queda sin oxígeno, se activan los llamados procesos anaerobios, que producen cada vez más y más metano, retroalimentando así al cambio climático. Pero los efectos funcionales

de esos cambios ambientales y sus implicaciones en el funcionamiento de la biosfera, solo se pueden detectar mediante estudios de los ecosistemas a largo plazo, de muchos más años de lo que abarcan una o dos legislaturas, en los que nuestro laboratorio del Museo Nacional de Ciencias Naturales es pionero en España y en Europa, con observaciones de más de 40 años en dos ecosistemas acuáticos peninsulares: las Tablas de Daimiel, el famoso y sufrido humedal manchego, símbolo de la resistencia ecológica al afán del hombre por destruir humedales, y La Laguna de Las Madres, un lago de gravera cercano a la ciudad de Madrid en el que llevamos registrando su evolución limnológica desde su nacimiento como ecosistema lagunar. Desde la revolución industrial, los humanos hemos intensificado el uso del agua de modo desenfrenado: hemos restringido el caudal de los ríos, hemos esquilmado el agua de los acuíferos, hemos contaminado la mayor parte de ríos, lagos y humedales, en muchos casos hasta hacerlos inertes, hemos acabado con las especies nativas y añadido exóticas, hemos construido nuevas masas de agua mientras desecábamos otras y, como resultado, hemos alterado los mecanismos del engranaje que permitía a los ecosistemas recuperarse de esos daños por sí solos, lo que hoy llamamos resiliencia, y lo sabemos gracias a esos estudios a largo plazo que algunos nos empeñamos en realizar. Todo este desaguisado, unido al impacto que los cambios ambientales a escala global están ejerciendo en los ecosistemas acuáticos continentales, compromete su conservación; aunque es ahora, más que nunca, con el cambio del clima acechando sobre nuestras cabezas, cuando precisamos que nos protejan. La biogeoquímica acuática ha avanzado mucho en las últimas décadas. Y esa es una parte fundamental de nuestra ciencia: su contribución al conocimiento humano, es decir, su aspecto de ciencia básica. Luego viene la parte aplicada, pues dicho conocimiento

La biogeoquímica acuática…

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Figura 1. Un bello lago tropical emitiendo metano y nosotros intentando medirlo con cámaras flotantes, aunque no es nada fácil capturar toda la variabilidad de los procesos biogeoquímicos. Foto: S. Sánchez-Carrillo.

Figuras 2_1 y 2_2. Para estudiar con precisión los procesos que ocurren en un lago y poder medir sus tasas de reacción, a menudo usamos sustancias inocuas que añadimos en los ecosistemas para trazarlos. Estos trazadores realzan una determinada reacción pues obligan a los seres vivos a usar el compuesto añadido. En este caso, un experimento de adición de un isótopo estable de nitrógeno (15N) en la laguna de Somolinos, Guadalajara, para medir todas las transformaciones de ese elemento en un lago, que se acompaña con un colorante inocuo (rodamina) para poder comprobar cómo se mezcla en la masa de agua. Foto: S. Sánchez-Carrillo.

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Figura 3 . La experimentación a largo plazo es clave para entender cómo responden los ecosistemas a los distintos factores de cambio global y poder predecir una gestión más adecuada. El aumento del CO2 atmosférico es uno de los principales motores de cambio global y aquí estamos estudiando sus efectos directos en la vegetación acuática de los humedales, en este caso en las Tablas de Daimiel (LTER-Daimiel). Foto: S. Sánchez-Carrillo.

Figuras 4_1, 4_2 y 4_3. Extrayendo gases disueltos en las aguas de los lagos de las lagunas de Ruidera. Es una labor minuciosa que requiere de mucha paciencia y orden, sobre todo si sobre nuestros hombros se alza un sol de justicia. Izda.: Ismael Soria y Salvador Sánchez; centro, Andrea Guzmán y dcha. Mariana Vargas. Fotos: Mariana Vargas Sánchez y Andrea Guzmán Aria.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«LOS RÍOS, CHARCAS, LAGUNAS, LAGOS Y EMBALSES SON LA PRINCIPAL FUENTE NATURAL DE METANO A LA ATMÓSFERA, UN GAS INERTE PERO MUCHO MÁS NOCIVO PARA EL CALENTAMIENTO GLOBAL QUE EL CO2»

resulta fundamental para el sostenimiento de la sociedad. Gracias a él, resultan posibles el tratamiento de las aguas residuales, la producción de biogás, la formación de biopolímeros o la precipitación de ciertos minerales, todos los cuales hemos sido capaces de reproducir a diferentes escalas. Seguimos descubriendo cada día nuevos procesos biogeoquímicos que ponen de manifiesto el complejo funcionamiento del mundo que nos rodea y su frágil equilibrio. La biogeoquímica nos muestra que el mundo es un rompecabezas en el que cada pieza debe encajar donde le corresponde para, entre todas, representar la figura ambiental de un mundo que cambiaba, pero a un ritmo muchísimo más lento que el actual. Aunque muchas de esas piezas han perdido sus aristas y otras han desaparecido, esta materia científica puede reconstruir y restaurar los ecosistemas con la intención de recuperar sus funciones ambientales y sostener la biodiversidad. Y sí se puede, otra cosa es que se quiera, aunque de ello pueda depender el futuro del planeta.

PARA SABER MÁS

Bastviken, D., Tranvik, L. J., Downing, J. A., Crill, P. M., & Enrinch-Prast, A. (2011). Freshwater methane emissions offset the continental carbon sink. Science, 331, 50. Beaulieu, J. J., DelSontro, T., & Downing, J. A. (2019). Eutrophication will increase methane emissions from lakes and impoundments during the 21st century. Nature, 10, 1375. Ortiz-Llorente, M. J., & Alvarez-Cobelas, M. (2012). Comparison of biogenic methane emissions from unmanaged estuaries, lakes, oceans, rivers and wetlands. Atmospheric Environment, 59, 328-337. Sánchez-Carrillo, S., & Angeler, D. G. (Eds). (2010). Ecology of Threatened Semi-Arid Wetlands. Springer. Schlesinger, W. H. (2020). Biogeochemistry. An Analysis of Global Change (4.ª ed.). Elsevier.

 legando a puerto después de un duro día de L muestreo: ya hemos hecho acopio de suficiente material como para entender algo de lo que ocultan las aguas turquesas de las lagunas de Ruidera. A la izda., Salvador Sánchez y, a la dcha., Ismael Soria. Foto: Mariana Vargas Sánchez.

La biogeoquímica acuática…

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? En este mundo de bienes y servicios, a la sociedad se le ha transmitido que las ciencias médicas nos ayudan a vivir mejor y más, pero desconoce que solo las ciencias naturales son capaces de encontrar la fuente de la eterna juventud. Y cada vez nos queda menos. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? En una sociedad como la nuestra, un científico es un privilegiado que trabaja 50 horas semanales, que no ve mal hacerlo en festivos si es necesario, que se desplaza a lugares inhóspitos del planeta en clase turista, burro o a pata, que es azotado por el frío y el calor y picado por infinitos bichos, que se tiene que buscar financiación para trabajar en los ámbitos más competitivos y excluyentes, que soporta las críticas «constructivas» de sus pares por sus propuestas o por el trabajo realizado durante años llenos de

vicisitudes, que aguanta una creciente y limitante burocracia y que continuamente ha de convencer a las autoridades competentes (véase políticos con capacidad de financiación) de la importancia de su ciencia y de su proyección aplicada. Pero, a pesar de que «la ciencia está cada vez peor», no lo cambio por nada. Soy muy afortunado: la ciencia me ha aportado una visión menos humana del mundo. Salvador Sánchez-Carrillo.

La ciencia me ha permitido conocer bien la burocracia española. Lo demás de la ciencia, tal como se practica en este momento histórico, son cantos de sirena acunados –en general– por una escasez alarmante de ideas nuevas y atizados por un sistema de publicación de los resultados científicos que es muy conservador en el peor sentido de la palabra. Eso sí, también me parece justo señalar que la mayor parte de los mortales está mucho peor que nosotros. Miguel Álvarez Cobelas

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LOS RÍOS PERDIDOS DE LA PATAGONIA

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GERARDO BENITO Departamento de Geología, MNCN-CSIC

VARYL R. THORNDYCRAFT Departamento de Geografía. Royal Holloway, Universidad de Londres

Algunas de las cuestiones planteadas sobre el cambio climático solo se pueden responder mediante un mejor conocimiento del pasado. Este conocimiento comprende, tanto la historia del clima, como los cambios y efectos naturales y antrópicos que se han ocasionado en el modelado terrestre. Siendo evidente que el clima actual se está calentando de forma acelerada por efecto de las emisiones humanas de gases con efecto invernadero, no es menos cierto que forma parte del periodo cálido interglacial conocido como Holoceno. De hecho, el cambio de ciclo, desde el último glacial hacia el presente Holoceno, comenzó a sentirse hace 10 000 años, aunque ha estado interrumpido por algunos periodos fríos (neoglaciares). Sin duda, los efectos de este calentamiento han dejado una profunda huella en el paisaje, la hidrología y los ecosistemas terrestres, particularmente en las proximidades a los grandes casquetes glaciares. En los campos de hielo de la Patagonia, los glaciares de espesor kilométrico han dado lugar a profundos valles y, en su retroceso, han causado megainundaciones que llegaron a arrasar extensas zonas, siendo la causa de la formación de los ríos perdidos de la Patagonia. Los casquetes glaciares de la Patagonia, en su máximo hace 18 000 años, llegaron a avanzar 150 km al este, entrando en la estepa Argentina (Fig. 1). En su retroceso, se formaron grandes lagos que, al ser  alle seco del río Deseado próximo V al lago Buenos Aires/General Carrera. Foto: Gerardo Benito.

transfronterizos de Chile y Argentina, reciben doble nombre como el lago General Carrera/lago Buenos Aires, el segundo mayor en América del Sur (1800 km2). La formación de estos lagos no impidió que los ríos siguieran vertiendo el agua de deshielo hacia el océano Atlántico a través de la estepa Argentina. Con origen en el lago General Carrera/Buenos Aires, el valle del río Deseado presenta una anchura de 2-4 km, aunque en términos de caudal se puede considerar un valle seco (Fig. portada). Esto muestra que se generó en unas condiciones de elevado caudal alimentado por el deshielo andino, y que actualmente se encuentra desconectado del nivel del lago Buenos Aires. ¿Qué pudo causar este cambio dramático en el paisaje y en la hidrología patagónica? La respuesta a esta pregunta hay que buscarla al otro extremo del lago General Carrera, allí donde el agua se vierte vigorosa hacia el río Baker que se abre camino hacia el océano Pacífico. Aquí, nuestra investigación geológica tiene mucha similitud con la ciencia forense. Se trata de coleccionar evidencias de hechos impresos en los sedimentos y en la morfología del paisaje, tomar muestras para conocer su cronología y recomponer la escena del suceso, su topografía, aspecto y vegetación en diferentes momentos del pasado. Para este trabajo realizamos cinco expediciones al terreno entre los años 2011 y 2017, con participación de un equipo científico internacional (Reino Unido, Chile y España). En el borde del lago General Carrera, en su sector chileno, encontramos grandes morrenas glaciares o

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«EN EL ORIGEN DE LOS RÍOS PERDIDOS DE LA PATAGONIA SE ENCUENTRA LA MAYOR INUNDACIÓN DESCRITA EN LA HISTORIA DEL HEMISFERIO SUR»

sedimentos arrastrados por las lenguas de hielo durante su avance (Fig. 2). Estos sedimentos proceden del avance del glaciar Soler, un glaciar de valle que hace 10 000 años se adentraba en las aguas del lago. En aquel momento el nivel del lago estaba a 60 m por encima del nivel actual, tal y como muestran las marcas de antiguas playas que se observan en su borde. En algún momento posterior, el lago sufrió un des­censo brusco debido al debilitamiento de la lengua glaciar. Al romperse este tapón de hielo, el lago drenó de forma catastrófica, y el agua se precipitó por el río Baker produciendo una gran ola de agua con sedimento, desplazándose a una velocidad de 25 metros por segundo. En algunas partes del valle del Baker la inundación llegó a tener 70 m de profundidad, y arrastró bloques de más de 10 m de diámetro (Fig. 3). Los sedimentos de esta inundación acumulados en las partes más altas de valle son principalmente arenas, con espesores de más de 25 m, y que contienen bloques de roca que llegaron flotando en pequeños icebergs. La datación con técnicas de luminiscencia aplicada sobre los granos de cuarzo nos permiten estimar una edad para esta inundación de 9000 años. Los modelos aplicados para simular la rotura de la presa de hielo en el lago General Carrera muestran que la inundación alcanzó un caudal de 110 000 metros cúbicos por segundo (similar al producido por las inundaciones del río Amazonas) con una duración de al menos 4 semanas. Otro aspecto interesante es la capacidad erosiva de la inundación. Algunos de los cañones más emblemáticos del río Baker, con paredes verticales de 25 m de profundidad, tienen su origen en esta mega-inundación (Fig. 4). La incisión del fondo del valle estuvo causada por grandes vórtices o remolinos, con unos 75 m de diámetro, y por burbujas de cavitación producidas por la alta velocidad, que explotan arrancando fragmentos de la roca del fondo. En definitiva, un sinfín de procesos erosivos

que permiten al agua disipar su energía y estabilizar las condiciones de este flujo. En total, el lago vació 100 km3 de agua desde una altitud de 260 m hasta el nivel del océano Pacífico, lo que permite estimar una liberación de energía de unos 7 millones de tera-vatios/hora (1TW= 1 billón de vatios/hora), que equivale a 40 veces el consumo mundial anual de energía primaria. En definitiva, descubrimos que detrás de la inversión de la dirección del drenaje del Atlántico al Pacífico, del lago General Carrera y en el origen de los ríos perdidos de la Patagonia, se encuentra la mayor inundación descrita en la historia del Hemisferio Sur. Las inundaciones catastróficas por vaciamiento de lagos glaciares en la Patagonia chilena continuaron sucediendo de forma cíclica durante los últimos milenios, debido a la formación de lagos durante el avance y retroceso glaciar en su tendencia al calentamiento del planeta. En estos casos, los lagos que se vaciaron fueron más pequeños y se localizan en valles glaciares como el Soler, Nef, Colonia y Ventisquero, y en periodos históricos destacan los lagos Arco y Cachet. Mediante el estudio de los sedimentos hemos identificado hasta un total de 86 inundaciones catastróficas que tuvieron lugar en cinco fases coincidentes con el final de periodos neoglaciares, cuando el retroceso de los glaciares debilitaba el hielo. Otro periodo de grandes inundaciones ocurrió hace unos 6000 años con volumen de inundaciones de hasta 20 000 metros cúbicos por segundo. Entre los periodos más recientes destaca el producido hace 600 años con 10 vaciamientos con caudales de casi 6000 metros cúbicos por segundo (casi dos veces el volumen de una inundación extraordinaria del río Ebro). Recientemente, cuando ya parecían olvidados, los vaciados glaciares se reactivaron en la Patagonia, después de un periodo de quiescencia de 50 años. En este caso, el lago Cachet 2 represado por el hielo del glaciar Colonia, produjo una secuencia de 27 eventos entre 2008 y 2017, que drenaron hasta 3800

Los Ríos Perdidos de la Patagonia

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Figura 1. Imagen de satélite de la Patagonia y principales ríos secos con dirección al océano Atlántico. Se muestra la localización de los campos de hielo actual, posición de avance en el último máximo glaciar (línea blanca), punto de rotura en el vaciamiento del lago General Carrera y ruta de desagüe hacia el océano Pacífico. Foto: MODIS, NASA.

Figura 2. Vista aguas abajo del lago General Carrera, en la zona donde rompió la presa de hielo que causó la megainundación. En primer término se muestran los depósitos de morrena del glaciar Soler en su avance sobre el lago. Foto: Varyl Thorndycraft.

Figura 3. Vista aguas arriba del río Baker en Valle Grande. En primer término se observa un campo de bloques de hasta 10 m de diámetro arrastrados durante la megainundación. Delante del bloque de mayor tamaño hay una persona de 2 metros de altura (V. Thorndycraft). Foto: Gerardo Benito.

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Figura 4. a) Vista de paredes verticales del río Baker resultado de la erosión de la megainundación. El nivel de 45 m corresponde la profundidad del agua de inundación, y 25 m indica la erosión. b) Esquema reproduciendo los procesos de erosión del agua, que incluye vórtices, cavitación y arranque de bloques de roca del fondo del cauce. Dibujo: Jen Thornton, Royal Holloway.

Figura 5. Vista del valle del río Baker (Patagonia chilena) durante la inundación por el vaciamiento catastrófico del lago Cachet 2 en el año 2009. Foto: Dirección General del Agua, Chile. 5

b)

Los Ríos Perdidos de la Patagonia

metros cúbicos por segundo, poniendo en grave riesgo las poblaciones aledañas al río Baker en la Patagonia chilena (Fig. 5). Estas inundaciones presentan una magnitud superior a las que generan las crecidas anuales debidas al deshielo o la lluvia intensa en la región. Es por ello que la irrupción de estas inundaciones por vaciamiento del lago Cachet 2 durante la presentación del proyecto de dos grandes presas hidroeléctricas en el valle del río Baker, supuso un gran debate sobre su seguridad frente a futuras inundaciones por vaciamientos de lagos. Aunque la construcción de estas represas en el valle del río Baker fue inicialmente aprobada por el gobierno chileno en 2011, el proyecto fue finalmente rechazado en 2014. Entre las causas de este rechazo al proyecto se indican los impactos medioambientales, las dudas sobre la seguridad de las represas y, quizás la más importante, la oposición de la población. ¡Que este precioso paraíso del cielo en la tierra siga «sin represas» para el disfrute de pobladores y visitantes!

PARA SABER MÁS

Benito, G., & Thorndycraft, V. R., (2020). Catastrophic glacial-lake outburst flooding of the Patagonian Ice Sheet. Earth-Science Reviews, 200, 102996. doi:https://doi.org/10.1016/ j.earscirev.2019.102996. Benito, G., Thorndycraft, V. R., Medialdea, A., Machado, M., Sancho, C., & Dussaillant, A. (2021). Declining discharge of glacier outburst floods through the Holocene in central Patagonia. Quaternary Science Reviews, 256, 106810. https://doi.org/10.1016/ j.quascirev.2021.106810.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia representa la propia esencia del ser humano en su capacidad de crear conocimiento a través de la inspiración y de procesarlo intelectualmente para su ejecución. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Como investigador de la geología no deja de fascinarme todo aquello que la naturaleza nos muestra sobre sí misma y su larga historia de millones de años. Los detalles de su evolución están al descubierto cuando miramos los sedimentos y los paisajes, siendo fundamental

hacernos las preguntas adecuadas y observar para obtener la respuesta. En el caso del estudio de las inundaciones, me fascinan las proporciones bíblicas de algunas de ellas, y lo emocionante que es poder estudiar sus evidencias y descifrar los detalles del cómo y por qué ocurrieron y los cambios que generan en su entorno. Otro aspecto fascinante es la relación de teleconexión que tienen muchos de los procesos climáticos e hidrológicos, y cómo los hechos que ocurren en una parte del planeta influyen en otras regiones. Esto nos enseña, a nivel de especie, la capacidad de influir con nuestra acción local en la evolución general del planeta. Gerardo Benito

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¿CÓMO AFECTA EL CAMBIO CLIMÁTICO A LA BIODIVERSIDAD?

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MIGUEL B. ARAÚJO Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Alexander von Humboldt (17691859) fue el primer naturalista que cuantificó, de forma metódica, la relación entre la distribución geográfica del clima y la distribución geográfica de los diferentes tipos de vegetación. Los descubrimientos de Humboldt fueron ampliados y generalizados a otros tipos de organismos por generaciones de naturalistas y ecólogos. Hoy sabemos que no solo el clima afecta a la distribución geográfica de las diferentes formas de vida que colonizan la tierra, ríos y mares. La relación entre distribución geográfica de las especies y del clima es mediada por las interacciones que estas establecen entre sí y por su capacidad de dispersión. Solo una comprensión cabal de estos mecanismos permite comprender los impactos actuales y futuros de los cambios climáticos en curso. MECANISMOS QUE AFECTAN LAS DISTRIBUCIONES DE LAS ESPECIES

El llamado diagrama de BAM es un modelo conceptual que ayuda a comprender los factores que determinan la distribución geográfica de las especies, donde B corresponde a las condiciones bióticas, A a las condiciones abióticas y M al movimiento o accesibilidad del área (por ejemplo, Peterson et al., 2011). De acuerdo con este modelo, una especie

Imagen del huracán Zeta en el golfo de México, cerca de Luisiana, tomada desde la Estación Espacial Internacional, 2020. Foto: NASA.

se encontrará en una determinada región geográfica si estos tres factores son favorables y estará ausente si por lo menos uno de estos factores es desfavorable (Fig. 1). Las condiciones abióticas comprenden las condiciones físicas, generalmente climáticas, a las que la especie se encuentra adaptada. El componente abiótico del diagrama de BAM es sin duda el más intuitivo pues, al final, no encontramos ni cocodrilos en el Ártico ni pingüinos en la Amazonia. Sin embargo, aunque las condiciones abióticas en una determinada región sean favorables para una especie, solo se encontrará esa especie en esa región si es capaz de llegar a ella. Por ejemplo, una planta endémica y adaptada al clima mediterráneo de California, probablemente podría estar presente en las zonas de clima similar en la península ibérica. No obstante, este proceso de colonización de regiones climáticamente adecuadas, pero geográficamente distantes, no siempre se da debido a barreras a la dispersión geográfica, como podría ser la presencia de un océano o de un desierto, y que representaría el factor «movimiento» del diagrama de BAM. El hecho es que las áreas climáticamente adecuadas a menudo no son accesibles debido a barreras geográficas o la reducida capacidad de dispersión de las especie. Así, la «accesibilidad» del área es un factor necesario para la presencia de la especie. Su caracterización implica el estudio de la geografía de la distribución de la especies, de la geografía de los climas adecuados a su presencia y de los factores biológicos que condicionan la movilidad de las especies.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«HAY INNUMERABLES MODELOS QUE PREDICEN QUE LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS ACTUALES PODRÍAN SER UNA FUERTE AMENAZA PARA LA BIODIVERSIDAD» La globalización económica iniciada por los navegadores europeos, a finales del siglo xv, ha contribuido enormemente a aumentar el tráfico de especies entre los diferentes continentes, eliminando barreras geográficas y posibilitando que las especies colonicen y se establezcan, muchas veces de forma accidental, en nuevas regiones biogeográficas (Reino et al., 2017). En las regiones de destino, algunas de estas especies «inmigrantes» no encuentran «enemigos naturales», tales como depredadores y parásitos, por lo que en ocasiones proliferan de manera masiva generando perjuicios ambientales y económicos. Los conejos y los gatos domésticos en Australia son ejemplos conoci­dos por su impacto en la vegetación y en las poblaciones de animales pequeños, respetivamente, pero en la península ibérica todos conocemos, por ejemplo, la uña de gato (Carpobrotus edulis), una planta de la familia Aizoaceae originaria de Sudáfrica que invade de forma agresiva las dunas de nuestras costas. Estos ejemplos nos llevan al último componente del Diagrama de BAM, los condicionantes bióticos, que comprenden las relaciones biológicas en términos de presencia o ausencia de especies que facilitan o perjudican la ocurrencia de otra. La presencia de presas, por ejemplo, debe influir positivamente en la ocurrencia de un predador (por ejemplo, Fordham et al., 2017), mientras que la presencia de un parásito, o competidor, debe influir negativamente su ocurrencia (por ejemplo, Araújo & Luoto, 2007). La comprensión de los mecanismos de funcionamiento de estas redes de interacción biológica y de los efectos en cascada que se generan cuando alguna especie es removida (por ejemplo, por extinción) o añadida (por ejemplo, por colonización) a la red de interacciones, es uno de los frentes de investigación esenciales para entender las consecuencias de las actividades humanas en la biodiversidad. CAMBIO CLIMÁTICO

Humboldt estudió la relación entre la variación espacial del clima y de las distribuciones de las especies.

Aunque a menudo se refiriera a los posibles efectos de cambios climáticos en esas especies, la consciencia generalizada sobre la relación entre cambios climáticos y cambios—a menudo pérdidas—en la biodiversidad, se consolidó hacia finales del siglo xx. Hoy sabemos que los cambios climáticos del pasado han estado asociados a cambios dramáticos en la distribución y composición de la biodiversidad y hay innumerables modelos que predicen que los cambios climáticos actuales podrían ser una fuerte amenaza para la biodiversidad (por ejemplo, Pereira et al., 2010) y para diversos servicios de ecosistema de que dependemos (por ejemplo, Pecl et al., 2017). Para comprender y predecir la vulnerabilidad al cambio climático tenemos que reconocer sus facetas. En primer lugar, sabemos que algunas regiones del planeta estarán más expuestas a determinadas expresiones de cambio climático que otras (García et al., 2014). Por ejemplo, el clima polar característico de la región árctica podrá desaparecer por completo a medida que nos acercamos del final de siglo, llevando a la extinción global probable de especies que dependen de este sistema climático (Fig. 2). Por otra parte, en los trópicos aumentarán los fenómenos meteorológicos extremos (Fig. 3) y surgirán nuevos tipos de clima, es decir, nuevas combinaciones de temperatura y precipitación que generarán impactos inciertos sobre las especies y los ecosistemas. La «exposición» de la biodiversidad al cambio climático incide sobre este aspecto de la vulnerabilidad, que mide la magnitud y la frecuencia del cambio climático a que un sistema natural está expuesto. En segundo lugar, sabemos que algunos sistemas son más sensibles que otros, es decir, que un mismo aumento de temperatura puede ser indiferente para un sistema pero catastrófico para otro. Por ejemplo, especies que viven expuestas a temperaturas cercanas a su umbral de tolerancia térmica máxima (por ejemplo, >45 ºC en lugares áridos) tendrán pocas posibilidades de sobrevivir a aumentos de temperatura sin

¿Cómo afecta el cambio climático a la biodiversidad?

migrar hacia otras regiones o cambiar su comportamiento, ya que puede existir poco margen de adaptación genética en estas circunstancias (Araújo et al., 2013; Bennett et al., 2021). PARA SABER MÁS

Araújo, M.B., & Luoto, M. (2007). The importance of biotic interactions for modelling species distributions under climate change. Global Ecology and Biogeography, 16, 743-753. Araújo, M. B., Ferri-Yáñez, F., Bozinovic, F., Marquet, P., Valladares, F., & Chown, S. L. (2013). Heat freezes niche evolution. Ecology Letters, 16: 1206-1219. Bennett, J. M., Calosi, P., Martínez, B., Sunday, J., Villalobos, F., Araújo, M. B., ... & Olalla-Tárraga, M. A. (2021). Evolution of critical thermal limits of life on Earth. Nature Communications, 12(1198). Garcia, R. A., Cabeza, M., Rahbek, C., & Araújo, M.B. (2014). Multiple dimensions of climate change and their implications for biodiversity. Science, 344(6183), 1247579. Fordham, D. A., Akçakaya, H. R., Brook, B. W., Watts, M. J., Rodriguez, A., Alves, P. C., ... & Araújo, M. B. (2013). Adapted conservation measures are required to save the Iberian lynx in a changing climate. Nature Climate Change, 3, 899-903. Pecl, G. T., Araújo, M. B., Bell, J. D., Blanchard, J., Bonebrake, T. C., Ching Chen, I., ... & Williams, S. E. (2017). Biodiversity redistribution under climate change: Impacts on ecosystems and human well-being. Science, 335(6332), eaai9214.

Peterson, A. T. P., Soberón, J., Pearson, R. G., Anderson, R. P., Martínez-Meyer, E., Nakamura, M., & Araújo, M. B. (2011). Ecological Niches and Geographical Distributions. Monographs in Population Biology. Princeton University Press. Pereira, H. M., Leadley, P. W., Proença, V., Alkemade, R., Scharlemann, J. W., Fernandez-Manjarrés, J. F., Araújo, M. B., Balvanera, P., ... & Walpole, M. (2010). Scenarios for global biodiversity in the 21st century. Science, 330, 1496-1501. Reino, L., Figueira, R., Beja, P., Araújo, M. B., Capinha, C., & Strubbe, D. (2017). Networks of global bird invasion altered by regional trade ban. Science Advances, 3(11), e1700783. Vale, M. M., & Araújo, M. B. (2018). Cambios climáticos y la distribución geográfica de las especies. En P. A. Marquet, F. Valladares, S. Magro, A. Gaxiola & A. Emrich-Prast (Eds.), Cambio Global: Una Mirada desde Iberoamérica (pp. 243-260). LINCGlobal / CSIC / PUC Chile / UFRJ.

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Figura 1. Diagrama de BAM que ilustra cómo los factores que determinan la distribución geográfica de las especies pueden estar afectados por los cambios climáticos: A representa el área donde las condiciones abióticas, en este caso el clima, son favorables para una determinada especie; B representa el área donde los factores bióticos, tales como la presencia de presas, son favorables para la presencia de la especie; M representa el área accesible a la especie a través del movimiento, dada su capacidad de dispersión y la presencia o ausencia de barreras geográficas. a) La especie podrá encontrarse en el área de superposición entre B, A y M representada en negro, es decir, el área que sea accesible y donde las condiciones abióticas y bióticas sean favorables a la ocurrencia de la especie. b) Los cambios climáticos pueden desplazar el clima favorable de la especie, reduciendo el área de superposición entre B, A y M y, por lo tanto,

la distribución de la especie, aunque el tamaño del área climáticamente favorable permanezca igual. c) El desplazamiento de las zonas climáticamente favorables puede ser tan grande, sin embargo, que ya no haya superposición con áreas bióticamente favorables o accesibles y en este caso la especie podrá desaparecer, aunque el tamaño del área climáticamente favorable permanezca igual. d) El área climáticamente favorable puede ser muy reducida, dejando de estar accesible a la especie. e) El área climáticamente favorable puede ser muy reducida, estando accesible a la especie, pero fuera de las condiciones bióticas necesarias para su ocurrencia. f) El área climáticamente favorable para la especie puede no ser afectada por los cambios climáticos, pero las especies con las que interactúa sí, dejando la especie sin condiciones bióticas favorables para su ocurrencia (extraído de Vale & Araújo, 2018).

¿Cómo afecta el cambio climático a la biodiversidad?

El laboratorio de Miguel Bastos Araújo (Miguel a la izda.) estableció un sistema de mesocosmos acuáticos distribuido en la península ibérica para estudiar el efecto del cambio climático en las redes de interacción que se establecen entre las especies. Fotografía en el Parque de Peñalara, donde uno de los sistemas de mesocosmos se encuentra instalado. Foto: Xiomara Cantera.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Hemos dejado de ser una especie con un impacto principalmente local para convertirnos en el principal agente de transformación planetaria. La sostenibilidad de nuestras actuaciones depende, por una parte, del uso más frecuente del conocimiento científico en los mecanismos de decisión política y, de otra parte, de la mejoría de la calidad y cantidad de las inversiones que hacemos en ciencia y tecnología.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Creo que solo he dudado una vez si continuar la carrera investigadora. La duda duró poco más de cinco minutos y se solucionó cuando empecé a pensar en las alternativas. Es una carrera que requiere un alto grado de motivación, puesto que las dificultades y las contrariedades que se encuentran por el camino son muchas. Es también una carrera de alto riesgo porque solo una minoría encontrará un trabajo estable en lo que le gusta. Pero, si estás motivado, si te alientan preguntas de difícil resolución, que requieren años de trabajo persistente para llegar a aflorar una respuesta mínimamente satisfactoria, entonces no hay mejor profesión.

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LAS MARIPOSAS COMO INDICADORES DEL CAMBIO GLOBAL

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ROBERT J. WILSON Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

MARIO MINGARRO Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

GUIM URSUL

JUAN PABLO CANCELA CE3C. Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal

MERCEDES PARÍS Colección de Entomología, MNCN-CSIC

Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Los impactos del ser humano sobre el medio ambiente cubren una gran extensión y han aumentado sin precedentes a lo largo del último siglo. En su conjunto, estos impactos han sido denominados como cambio global: un cóctel de presiones antrópicas entre las que se incluyen el uso intensivo del suelo, el cambio climático, la contaminación, las especies invasoras y la sobreexplotación de los recursos naturales. Al pensar en la emergencia climática actual y en la crisis de la biodiversidad, es posible que se nos vengan a la mente los osos polares y la pérdida de superficie congelada en el ártico, o la deforestación e incendios de los bosques tropicales en la Amazonia. Sin embargo, el cambio global no es algo remoto, sus efectos pueden ser apreciables a diario, y los insectos se presentan como indicadores donde estos cambios pueden apreciarse y medirse. A medida que la humanidad transforma el medio ambiente, la investigación sobre las respuestas de los insectos puede ofrecer información valiosa que nos ayude a proteger la biodiversidad y los ecosistemas de los que dependemos. En general existe poca información sobre la abundancia, tanto presente como pasada, de la mayoría de los insectos, precisamente el grupo de animales más abundante y diverso del planeta. Los insectos revolotean, se arrastran y corren por todos los

Insectos tropicales de la colección J. Esteban Durán de la Colección de Entomología del Museo Nacional de Ciencias Naturales. Foto: Mercedes París.

ecosistemas del mundo, cumpliendo papeles muy importantes para el correcto funcionamiento de los ecosistemas, por ejemplo, polinizan nuestros cultivos, reciclan el material del suelo de nuestros bosques y jardines y son alimento para otras especies. Al tener un ciclo de vida corto y una tolerancia a efectos antrópicos y climáticos limitada, el número de insectos puede aumentar y disminuir drásticamente, por lo que los microrganismos, los animales y las plantas con los que interactúan pueden apreciar los efectos de estas variaciones poblacionales. Entre estas especies, las mariposas podrían ser clave para entender cómo responderá la biodiversidad al cambio global, ya que son muy sensibles a los cambios en la temperatura y a las condiciones fisiológicas de la planta de la que se alimentan. Además, son uno de los grupos de insectos más estudiados y hay datos sobre dónde, cuándo y cuántos se encontraron en el pasado, ofreciendo pistas sobre las respuestas de los insectos y los ecosistemas a las presiones del cambio global (Wilson & Fox, 2021) (Fig. 1). Ahora estamos comenzando a construir una imagen más fiable e informativa sobre cómo los insectos están respondiendo al cambio global, gracias a los registros recopilados por científicos y voluntarios durante aproximadamente medio siglo. Hemos llegado a un punto en el que resulta necesario una toma de datos reales, espacialmente amplia y heterogénea, de­ sarrollando un seguimiento sistemático para poder comprender y predecir las consecuencias ecológicas del cambio global. Uno de estos ejemplos es el seguimiento, a lo largo de una década, de veinte especies

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«LA INVESTIGACIÓN SOBRE LAS RESPUESTAS DE LOS INSECTOS PUEDE OFRECER INFORMACIÓN VALIOSA QUE NOS AYUDE A PROTEGER LA BIODIVERSIDAD Y LOS ECOSISTEMAS DE LOS QUE DEPENDEMOS»

de mariposas de la sierra de Guadarrama, que ha permitido demostrar que la temperatura es el factor determinante en el ciclo de vida de estas mariposas (Gutiérrez & Wilson, 2021). Los efectos ecológicos del cambio climático varían en función del contexto geográfico. En lugares tradicionalmente húmedos y frescos como las islas británicas, los veranos más calurosos han permitido que muchas mariposas, polillas y libélulas, colonicen lugares más al norte. Mientras tanto, en la Europa mediterránea, el aumento del calor y la sequía están aislando las poblaciones de algunas mariposas, y otros grupos como escarabajos peloteros, en las cimas de las montañas, en busca de zonas menos cálidas (Wilson et al., 2015) (Fig. 2). Además, las mariposas pueden proporcionar información valiosa sobre las respuestas de la diversidad genética al cambio climático. En Europa, la diversidad genética intraespecífica en zonas mediterráneas, como la península ibérica (Dincă et al., 2021), es más alta que en otros lugares. Esto es debido a que las poblaciones de mariposas se han visto expuestas, a lo largo de su historia evolutiva, a una variación climática pronunciada y los sistemas montañosos en la región mediterránea han actuado como refugios durante periodos glaciales, generando un aislamiento de las distintas poblaciones. La investigación de las tendencias de estas poblaciones es muy importante para entender la capacidad de estas montañas para ofrecer refugios para la biodiversidad contra el cambio climático actual o para actuar como reservorios futuros de diversidad genética (Fig. 3). Para conocer las distribuciones geográficas de las especies, y sus cambios a largo plazo, contamos con

una información muy valiosa sobre las distribuciones históricas de las diferentes especies con los ejemplares recolectados y conservados en las colecciones de historia natural. Una de las colecciones con la que contamos, la Colección de Entomología del Museo Nacional de Ciencias Naturales, contiene cientos de miles de ejemplares capturados durante los últimos siglos, representando un recurso potencial inmenso para poder detectar cambios históricos en la distribución de las especies. Por ejemplo, la recopilación de datos sobre la distribución de las mariposas en la península ibérica entre 1900 y 2016 ha permitido demostrar que las comunidades ecológicas que habitan zonas montañosas pueden estar parcialmente protegidas contra los efectos del cambio climático, ya que las zonas de mayor variación topográfica han experimentado un menor calentamiento en las últimas décadas (Mingarro et al., 2021) (Fig. portada). Todavía nos enfrentamos a desafíos, muy importantes y serios, sobre el diagnóstico de las amenazas que el cambio global representa para los insectos, la biodiversidad y los servicios ofrecidos a la humanidad por parte de los ecosistemas. Carecemos de mucha información, por ejemplo, sobre cómo los insectos tropicales están respondiendo a la deforestación y al cambio climático, y es poco probable que las noticias sean buenas. En la medida de lo posible, es necesario conocer nuestro patrimonio natural mediante programas innovadores e inclusivos, que permitan monitorizar los insectos y sus respuestas, tanto al cambio global como a los esfuerzos de conservación. La combinación de este conjunto de enfoques proporcionará pruebas sólidas en las que basar las medidas de conservación que faciliten un correcto funcio­namiento de los ecosistemas y, de esta manera, ayudar a los insectos de los que tanto dependemos.

Las mariposas como indicadores del cambio global

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Figura 1. La mariposa Charaxes jasius se alimenta del madroño, Arbutus unedo, y puede aprovecharse de plantas ornamentales en zonas urbanas. Recientemente se ha expandido su distribución desde la costa Mediterránea hacia el interior de la península ibérica (Cancela & Vasconcelos, 2019). Foto: Robert Wilson.

Figura 2. La mariposa Coenonympha glycerion es una especie restringida a zonas húmedas y boscosas en sistemas montañosas como la serranía de Cuenca. Foto: Juan Pablo Cancela.

Figura 3. Los macizos montañosos de la península ibérica albergan una elevada diversidad de mariposas. Lugares como Torremocha del Pinar, Guadalajara, en el sistema Ibérico son objetivo de conservación debido a la presencia de especies endémicas. Foto: Robert Wilson.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

PARA SABER MÁS

Cancela, J. P., & Vasconcelos, S. (2019). Ornamental plantings of Arbutus unedo L. facilitate colonisations by Charaxes jasius (Linnaeus, 1767) in Madrid province, central Spain. Nota Lepidopterologica, 42, 63-68.

Wilson, R. J., & Fox, R. (2021). Insect responses to global change offer signposts for biodiversity and conservation. Ecological Entomology, 46, 699-717. https://doi.org/10.1111/ een.12970.

Dincă, V., Dapporto, L., Somervuo, P., Vodă, R., Cuvelier, S., Gascoigne-Pees, M., ... & Vila, R. (2021). High resolution DNA barcode library for European butterflies reveals continental patterns of mitochondrial genetic diversity. Communications Biology, 4, 315. https://doi.org/10.1038/s42003-02101834-7.

Wilson, R. J., Gutiérrez Illán, J., & Gutiérrez, D. (2015). Cambios experimentados por los lepidópteros de la Sierra de Guadarrama entre los periodos 1967-1973 y 2004-2005. En M. A. Zavala & A. Herrero (Eds.), Impactos, vulnerabilidad y adaptación de los bosques y la biodiversidad de España frente al cambio climático. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente.

Gutiérrez, D., & Wilson, R. J. (2021). Intra- and interspecific variation in the responses of insect phenology to climate. Journal of Animal Ecology, 90, 248-259. https://doi.org/10.1111/13652656.13348. Mingarro, M., Cancela, J. P., Burón-Ugarte, A., García-Barros, E., Munguira, M. L., Romo, H., & Wilson, R. J. (2021). Butterfly communities track climatic variation over space but not time in the Iberian Peninsula. Insect Conservation & Diversity, 14, 647-660. https://doi.org/10.1111/icad.12498.

 l seguimiento de mariposas en un censo E del arroyo de Tejada en Colmenar Viejo, Madrid. Foto: Carmen Duque.

Las mariposas como indicadores del cambio global

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia proporciona las herramientas y el marco para comprender el mundo y cómo interactuamos con nuestro entorno. Por lo tanto, las innovaciones basadas en la investigación científica han ayudado a las sociedades humanas a hacer frente a los desafíos ambientales, incluidas las enfermedades y la escasez de agua y alimentos. Pero los impactos de nuestra población y nuestro uso de los recursos en el planeta son ahora tan abrumadores, que una comprensión científica de nuestras interrelaciones con el entorno natural es absolutamente imprescindible para mantener la biodiversidad, así como para asegurar nuestro propio bienestar y el bienestar de las generaciones futuras. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Los insectos como las mariposas son muy hábiles para encontrar áreas de hábitat adecuado y

sobrevivir en esos lugares. Pero sus poblaciones también disminuyen y desaparecen rápidamente cuando el hábitat cambia o se aísla demasiado de otros entornos adecuados. En mi investigación, esta capacidad de las mariposas para actuar como testigos del cambio ambiental nunca deja de sorprenderme. En 2000, fue impresionante percibir la rapidez con la que la mariposa Hesperia comma había colonizado nuevas zonas en el sur de Inglaterra en respuesta a acciones de conservación en áreas protegidas y a una serie de veranos más cálidos. Por el contrario, en 2004 me impactó muchísimo lo rápido que varias especies de mariposas se habían retirado hacia zonas más altas en la Sierra de Guadarrama, debido al aumento de temperatura a partir de los años 70. Considero que mi papel como investigador es documentar estos cambios ecológicos para proporcionar evidencias que nos ayuden a comprender cómo podemos mitigar nuestro impacto en el mundo natural. Robert J. Wilson

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ESCARABAJOS, EXCREMENTOS Y CAMBIO GLOBAL

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JORGE M. LOBO Departamento de Biogeografía y Cambio Global, MNCN-CSIC

Las plantas transforman la radiación electromagnética de la estrella más cercana en enlaces químicos y este proceso abastece de energía al resto de los seres vivos del planeta en el que habitamos, alimentando el motor que mueve el ciclo de los materiales. Los animales herbívoros no aprovechan la energía almacenada en las plantas muy eficientemente. En el caso de los herbívoros rumiantes, alrededor del 60 % de esta energía retorna al suelo y es allí en donde toda una red de organismos se encarga de hacer accesible a las bacterias y hongos del suelo los compuestos que han de disgregarse en sus elementos constituyentes y que, posteriormente, volverán a ser utilizados por las plantas. Los materiales estructurales y difíciles de degradar con los que se han dotado los vegetales, como la celulosa o la lignina, junto con sus compuestos químicos defensivos, ha­cen que la eficiencia de asimilación de los rumiantes no sea muy alta. Por eso, sus excrementos pueden considerarse un material con un alto valor energético y nutricional que, además, incluye restos celulares del aparato digestivo y bacterias simbióticas del rumen encargadas de la descomposición de la celulosa. Si los excrementos no se enterrasen y desmenuzasen rápida y efectivamente, su acumulación agotaría el pasto, empeoraría su calidad y buena parte de la energía y los elementos contenidos en las heces se perderían. Es preciso, pues, que estas funciones se realicen rápida y eficientemente, y un grupo de escarabajos

Scarabeus laticollis. Foto: Jorge M. Lobo.

–escarabeidos– cuyas especies están altamente adaptadas al consumo de un recurso efímero como los excrementos, se encarga de realizar estas funciones desde mediados del Cretácico (unos 100 millones de años), consumiendo entonces heces de dinosaurio. Algunas cifras pueden ayudar a entender mejor el papel de estos escarabajos. En un pastizal mediterráneo con una modesta densidad ganadera pueden producirse más de dos toneladas de excremento por hectárea y año (Fig. 1). Si se tiene en cuenta que una hec­ tárea puede albergar alrededor de 6000 individuos de escarabeidos activos en cualquier momento, y que su acción entierra y descompone tres cuartas partes de las heces depositadas, la acción de estos escarabajos es equivalente a la adición de más de 35 kg de nitrógeno por hectárea. Además, la acción de los escarabeidos impide que entre un 3-4 % de la superficie de los pastizales se convierta en improductiva para los herbívoros cada año, ya que estos rechazan alimentarse alrededor de los excrementos. La introducción del ganado doméstico en Australia y la falta de adaptación de los coleópteros coprófagos nativos a este tipo de heces, produjo una colosal contaminación de los pastizales y un crecimiento alarmante de las poblaciones de dípteros que obligó a la importación de escarabeidos desde la cuenca mediterránea y África (ver www.dungbeetles.com.au/). Gracias a la acumulación de datos posibilitada por las revisiones taxonómicas (Fig. 2), hoy sabemos que los escarabeidos «peloteros», aquellos que ruedan bolas de excremento lejos de la ubicación inicial y

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«SI LOS EXCREMENTOS NO SE ENTERRASEN Y DESMENUZASEN RÁPIDA Y EFECTIVAMENTE, SU ACUMULACIÓN AGOTARÍA EL PASTO, EMPEORARÍA SU CALIDAD Y BUENA PARTE DE LA ENERGÍA Y LOS ELEMENTOS CONTENIDOS EN LAS HECES SE PERDERÍAN»

que, por su tamaño, potencia de vuelo y capacidad de enterramiento poseen una gran influencia en el enterramiento de las heces, están en declive. Si hasta los años 50 del pasado siglo los «peloteros» suponían alrededor de una cuarta parte del total de capturas de escarabeidos en la Península, en la actualidad escasamente suponen un 5 % del total de colectas. Una situación similar está afectando al resto de las especies de escarabeidos, y el desajuste entre la producción de excrementos y la acción de los descomponedores tiende a agudizarse cada vez más. El incremento desmesurado de la ganadería intensiva, el sobrepastoreo y la sobreexplotación de los pastizales mediante el uso de fertilizantes y plantas forrajeras de alta productividad, la drástica disminución de la ganadería extensiva tradicional, junto con la antropización de las áreas costeras y el uso de agroquímicos y productos médico-veterinarios, han sido y son los principales agentes que explican el declive de estas especies. Se trata, en esencia, del imparable auge de la ganadería industrial. Estas explotaciones ganaderas intensivas han propiciado que el 97 % de biomasa terrestre de mamíferos en el planeta esté acaparada por los humanos y sus especies domesticadas, que el 30 % de la superficie terrestre libre de hielo esté actualmente dedicada a la ganadería y que la producción cárnica en los países desarrollados se haya triplicado en apenas 20 años. En España, más de 62 millones de animales están siendo explotados en cualquier momento para el consumo humano y el 85 % de estos se crían en explotaciones industriales. Este crecimiento de la ganadería industrial conlleva unos riesgos ambientales evidentes cuyos máximos exponentes son la emisión de gases de efecto invernadero y la contaminación de las aguas y los seres vivos encargados de la descomposición de los excrementos.

Ahora sabemos que la disminución de las poblaciones de estos escarabajos en la región mediterránea duplica, como mínimo, la emisión de dióxido de carbono y metano, y poco a poco aumenta la sospecha sobre el papel perjudicial en la fauna de escarabeidos de determinados compuestos antiparasitarios como la ivermectina, administrados al ganado desde los años 90 para disminuir las poblaciones de nematodos gastrointestinales. La paulatina desaparición de la ganadería extensiva interacciona con la administración abusiva de estos productos antiparasitarios produciendo una drástica reducción de las poblaciones de escarabajos que tiene, como inevitable consecuencia, la pérdida de biodiversidad y de calidad en los pastos. Hemos demostrado que la administración continuada de estas sustancias, en concentraciones menores de las habituales, produce en los escarabajos alteraciones drásticas de su capacidad sensorial y muscular que les incapacita y les convierte en «muertos vivientes». Como efecto añadido, la acumulación de estas sustancias en el cuerpo graso (el equivalente funcional al hígado en los insectos) influye negativamente en la producción de ovocitos y la tasa de natalidad, facilitando la transmisión de estas sustancias a lo largo de la cadena trófica debido a la ingesta comprobada de estos escarabajos por las aves, los zorros y otros animales. La consecuencia para los sistemas ecológicos de estos efectos adversos sobre los escarabeidos es que aquellas localidades en las que el ganado ha sido sometido a estos tratamientos, poseen comunidades coprófagas empobrecidas y tasas de enterramiento de heces menores que conllevan una acumulación de heces en superficie y cambios en la funcionalidad del suelo. El problema puede exacerbarse si, como ya empieza a evidenciarse, se producen fenómenos de resistencia entre los parásitos que se pretende erradicar. Desde el punto de vista científico, deberemos seguir estudiando estas comunidades de insectos descomponedores para estimar sus modificaciones y conocer mejor la re­ lación causal entre el declive de algunas especies y la alteración del medio o la contaminación química, así como sus efectos sobre el ciclo de nutrientes.

Escarabajos, excrementos y cambio global

• 0,33 cabezas de ganado por hectárea. • 12 excrementos al día por cabeza. • 240 días de pastoreo efectivos al año.

• 200 individuos por kg de excremento. • 33 gramos por kg de excremento.

~950 excrementos por hectárea (2,4 toneladas por hectárea y año).

• 85 % agua. • 2 % nitrógeno. • 2 % potasio. • 2  % fósforo.

~5700 escacabajos activos por hectárea (980 gramos de biomasa).

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Figura 1. Datos básicos para estimar la producción de excrementos en una explotación de ganadería vacuna extensiva, el contenido promedio en nutrientes y el papel de los escarabeidos coprófagos en el reciclaje de nutrientes.

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

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Figura 2. Portadas de las dos obras de referencia para entender la evolución de los estudios sobre los escarabeidos coprófagos en España. El Consejo Superior de Investigaciones Científicas y, específicamente, el Museo Nacional de Ciencias Naturales han propiciado el estudio de este grupo de coleópteros; desde la monografía pionera de Luis Báguena Corella titulada Los Scarabaeoidea de la fauna Ibero-Balear y Pirenaica, publicada por el Instituto Español de Entomología en 1967, doce años después de su realización, al volumen de la serie Fauna ibérica sobre los Scarabaeoidea publicado 33 años después por Fermín MartínPiera y José Ignacio López-Colón. El conocimiento sobre la taxonomía y la distribución geográfica que proporcionó la obra de Báguena impulsó la recopilación de información sobre la sistemática, la historia natural, la ecología, la biogeografía y las relaciones filogenéticas de estas especies, que se plasmó en la síntesis que supuso la obra de

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Martín-Piera y López-Colón publicada en el año 2000. Los sucesivos incentivos que supusieron estas dos obras han propiciado la compilación de un buen número de datos básicos sobre la distribución, la evolución, la fisiología o la ecología de estas comunidades de escarabajos, pero también información sobre los cambios que han experimentado las comunidades de escarabeidos coprófagos en la península ibérica y sus problemas de conservación. Figura 3. Pareja de Copris lunaris (Linnaeus, 1758) en su nido (paracóprido). Foto: Jorge M. Lobo. Figura 4. Ejemplar de Aphodius coniugatus Panzer, 1795 (endocóprido). Foto: Jorge M. Lobo. Figura 5. Ejemplares de Scarabaeus cicatricosus (Lucas, 1846) alimentándose y confeccionando bolas de excremento (telecóprido). Foto: Jorge M. Lobo.

Escarabajos, excrementos y cambio global

PARA SABER MÁS

Martín Piera, F., & López Colón, J. I. (2000). Fauna ibérica: Vol. 14. Coleoptera carabaeoidea I. Museo Nacional de Ciencias Naturales - CSIC. Milotić, T., Baltzinger, C., Eichberg, C., Eycott, A. E., Heurich, M., Müller, J., ... & Hoffmann, M. (2019). Functionally richer communities improve ecosystem functioning: Dung removal and secondary seed dispersal by dung beetles in the Western Palaearctic. Journal of Biogeography, 46, 70-82. Numa, C., Tonelli, M., Lobo, J. M., Verdú, J. R., Lumaret, J. P., Sánchez-Piñero, F., … & Anlaş, S. (2020). The conservation status and distribution of Mediterranean dung beetles. IUCN. Simmons, L. W., & Ridsdill-Smith, J. (2011). Ecology and Evolution of Dung Beetles. Blackwell Publishing Ltd. Verdú, J. R., Lobo, J. M., Sánchez-Piñero, F., Gallego, B., Numa, C., Lumaret, J. P., … & Durán, J. (2018). Ivermectin residues disrupt dung beetle diversity, soil properties and ecosystem functioning: an interdisciplinary field study. Science of the Total Environment, 618, 219-228.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Ir en contra de la mentira. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Hago este trabajo por puro placer. El cerebro es, quizás, el órgano más importante de nuestra especie y se obtiene placer cuando uno se enfrenta a cualquier pregunta sin contestar. Lo más emocionante de investigar es saber que ese placer de conocer nunca se acaba.

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LAS AVES EUROPEAS FRENTE AL CAMBIO GLOBAL

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JOSÉ JAVIER CUERVO Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

ANDERS PAPE MØLLER Ecologie Systématique Evolution, Université Paris-Sud, CNRS, AgroParisTech

Los sistemas naturales han sido transformados por el ser humano durante milenios, pero en el último siglo y medio esas transformaciones se han hecho más amplias e intensas y han pasado a denominarse cambio global, que puede definirse como aquellos cambios ambientales provocados por las actividades humanas que tienen efectos sobre todo el planeta o que afectan a grandes extensiones. Estos cambios pueden ser de muchos tipos, como por ejemplo un cambio en el clima, cambios en el uso del suelo, la contaminación, la sobreexplotación de especies o la introducción de especies invasoras. En el Museo Nacional de Ciencias Naturales se ha estudiado el cambio global y sus efectos sobre las poblaciones animales y aquí se explican brevemente dos de esos trabajos, que han tenido como objeto de estudio las aves nidificantes en Europa, uno en relación con el cambio climático, concretamente con el cambio de temperatura, y el otro en relación con cambios en el uso del suelo que han provocado la fragmentación de los hábitats naturales. CALENTAMIENTO GLOBAL Y TENDENCIA POBLACIONAL

Actualmente se cree que el calentamiento global está afectando a las poblaciones de animales, habiéndose detectado en regiones templadas del hemisferio norte un movimiento hacia el norte del área de distribución de muchas especies, que puede estar provocado por el efecto positivo del aumento de temperatura en las poblaciones más al norte, pero quizá también por un efecto perjudicial sobre las poblaciones más

al sur de esas especies. Si este es el caso, la latitud en la que vive una población determinará los efectos del aumento de temperatura sobre esa población, por lo que se esperaría una relación positiva entre la tendencia poblacional y la latitud, con tendencias positivas en latitudes altas y negativas en latitudes bajas. Para comprobar esta hipótesis, se estudiaron las tendencias poblacionales de 73 especies de aves en 12 países europeos que representan un amplio rango de latitud y se controló el posible efecto de otros factores como la fragmentación del hábitat, la marginalidad de la población dentro del área de distribución de la especie o el método de censo. Tal como se esperaba, se encontró una relación positiva entre tendencia poblacional y latitud, lo que indica que las tendencias poblacionales fueron más positivas para poblaciones del norte que para poblaciones del sur dentro de cada especie. Mientras que las poblaciones del norte aumentaron en tamaño, las del sur se mantuvieron relativamente constantes (Fig. 1). Aunque se esperaba que las tendencias de las poblaciones del sur fuesen negativas, el resultado es de todas formas coherente con la hipótesis de que el cambio climático está teniendo un efecto importante sobre el tamaño de las poblaciones de aves europeas y que ese efecto es más beneficioso para las poblaciones del norte que del sur. Otro resultado interesante del mismo estudio fue que las poblaciones marginales (que incluyen las de más al norte y las de más al sur dentro de cada especie) sufrieron mayores fluctuaciones que las centrales, lo que significa que presentan un mayor riesgo de extinción, porque fluctuaciones más

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NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

«LAS ESPECIES DE PEQUEÑO TAMAÑO Y RESIDENTES DURANTE TODO EL AÑO EN EUROPA SERÍAN MÁS VULNERABLES A LA FRAGMENTACIÓN DEL HÁBITAT»

pronunciadas incrementan la probabilidad de que el tamaño poblacional llegue a ser cero y también reducen la variabilidad genética, lo que a su vez limita las posibilidades de adaptación a las condiciones ambientales cambiantes. Las poblaciones de aves tam­ bién mostraron mayores fluctuaciones cuando los hábitats naturales estaban más fragmentados, lo que llevó a plantear un segundo estudio centrado en investigar la respuesta poblacional de las aves frente a la fragmentación del hábitat. RESPUESTA A LA FRAGMENTACIÓN DEL HÁBITAT

El uso del suelo por parte del ser humano para la construcción de edificios y vías de comunicación no solo ha destruido grandes extensiones de hábitats naturales en todo el mundo, sino que también los ha fragmentado, y esa fragmentación se considera una amenaza para la conservación de la biodiversidad. La fragmentación del hábitat, sin embargo, no afecta a todas las especies por igual, lo que permite preguntarse qué características de las especies las hacen más vulnerables a esa fragmentación. Para responder a esta pregunta se estudiaron diferentes características demográficas, ecológicas y de historia de vida de numerosas especies de aves en 26 países europeos y se comprobó de qué manera estaban relacionadas con la respuesta de esas especies a la fragmentación. Las especies más vulnerables mostrarían una relación negativa entre densidad poblacional y fragmentación del hábitat, mientras que las menos vulnerables no mostrarían ninguna relación o esta sería positiva. En los análisis se tuvo en cuenta la pérdida de hábitat debida a la fragmentación y también las relaciones filogenéticas entre especies. Un resultado inesperado fue que la respuesta a la fragmentación fue más a menudo positiva que negativa,

por lo que no puede decirse que la fragmentación del hábitat por sí misma sea en general perjudicial para las aves europeas. Sin embargo, la respuesta poblacional a la fragmentación varió enormemente entre especies y algunas de ellas sí que se mostraron especialmente vulnerables. Entre las características de las aves que estuvieron relacionadas con la respuesta a la fragmentación se puede mencionar la abundancia o la edad de madurez sexual, pero aquellas que las hacen particularmente vulnerables son el tamaño corporal y el estatus migratorio: las especies pequeñas y residentes (que no migran) fueron las más perjudicadas (Fig. 2). Los mecanismos concretos que determinan el efecto del tamaño corporal son difíciles de establecer, porque el tamaño está relacionado con muchas otras características a su vez relacionadas con la respuesta a la fragmentación, tales como la longevidad o la capacidad de dispersión. En cuanto a las especies residentes, es posible que sean más susceptibles a la fragmentación en Europa simplemente porque pasan todo el año en suelo europeo. POSIBLES APLICACIONES EN CONSERVACIÓN

Aunque los estudios antes mencionados tienen un carácter de mera ciencia básica, podrían extraerse de ellos algunas aplicaciones útiles en biología de la conservación. Según el primer estudio, las poblaciones del sur dentro de cada especie de ave europea no se benefician del cambio climático, pero sufren notables fluctuaciones por ser poblaciones marginales dentro de su área de distribución, lo que las haría más susceptibles a la extinción. Según el segundo, las especies de pequeño tamaño y residentes durante todo el año en Europa serían más vulnerables a la fragmentación del hábitat. De todo ello puede concluirse que en Europa deberían incrementarse los esfuerzos de conservación para las especies de aves pequeñas y residentes, especialmente para aquellas poblaciones que se encuentran en el sur de su área de distribución.

Las aves europeas frente al cambio global

PARA SABER MÁS

Tendencia poblacional

Cuervo J. J., & Møller A. P. (2013). Temporal variation in population size of European bird species: effects of latitude and marginality of distribution. PLoS ONE, 8(10), e77654.

Cuervo J. J., & Møller A. P. (2020). Demographic, ecological, and life-history traits associated with bird population response to landscape fragmentation in Europe. Landscape Ecology, 35, 469-481.

Busardo ratonero

Curruca zarcera Norte

Norte Sur 1

Figura 1. Tendencia poblacional media (± error estándar) en poblaciones del norte y del sur para 73 especies de aves que se reproducen en Europa. La tendencia poblacional consiste en la pendiente de la línea de regresión entre tamaño poblacional y año en cada población, con los valores positivos indicando un aumento y los negativos una disminución. Para más detalles véase Cuervo & Møller (2013). Como ejemplos ilustrativos se representan las tendencias poblaciones del busardo ratonero Buteo buteo (en azul) y la curruca zarcera Sylvia communis (en rojo). Las poblaciones del norte en el busardo han aumentado, mientras que las del sur se han mantenido relativamente constantes. En el caso de la curruca, las poblaciones del norte han aumentado, pero las del sur han disminuido. Fotos: busardo ratonero, Zeynel Cebeci; curruca zarcera, Markkilner; fuente: Wikimedia Commons, licencias CC BY-SA 4.0 y CC BY-SA 2.0.

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Respuesta a la fragmentación

NUESTRO PLANETA Y EL CAMBIO GLOBAL

Grulla común

Papamoscas acollarado Masa corporal relativa 2_1

Respuesta a la fragmentación

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Andarríos grande

Acentor alpino Distancia de migración relativa 2_2

Figura 2_1. Relación entre respuesta a la fragmentación y masa corporal relativa o (figura 2_2) distancia de migración relativa en 224 especies de aves que se reproducen en Europa. Cada círculo representa una especie de ave y su tamaño es proporcional al número de países en los que la especie está presente. La respuesta a la fragmentación consiste en el coeficiente de correlación parcial entre tamaño poblacional e índice de fragmentación controlando una serie de parámetros de cada país. Todas las estimas son relativas porque se ha controlado el efecto de otras características de las aves relacionadas con la respuesta a la fragmentación. Para más detalles véase Cuervo & Møller (2020).

Como ejemplos ilustrativos se muestra una especie de gran tamaño que responde positivamente a la fragmentación (grulla común Grus grus), una especie de pequeño tamaño que responde negativamente a la fragmentación (papamoscas acollarado Ficedula albicollis), una especie migratoria que responde positivamente a la fragmentación (andarríos grande Tringa ochropus) y una especie residente en Europa que responde negativamente a la fragmentación (acentor alpino Prunella collaris). Fotos: grulla común, Andreas Weith; papamoscas acollarado, Podaliriy55; andarríos grande, Raju Kasambe; acentor alpino, Jerzy Strzelecki; fuente: Wikimedia Commons, licencia CC BY-SA 4.0.

Las aves europeas frente al cambio global

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia es el único medio objetivo del que disponemos para comprender el mundo que nos rodea y para conocernos a nosotros mismos.

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UESTRO LANETA EL CAMBIO LOBAL

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS UN PLANETA DE 4.000 MILLONES DE AÑOS

CAMBIO CLIMÁTICO Y DIVERSIFICACIÓN DE LOS CABALLOS

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MARÍA TERESA ALBERDI Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

JOSÉ LUIS PRADO INCUAPA-Departamento de Arqueología, Universidad Nacional del Centro, Buenos Aires, Argentina

La familia Equidae incluye a un grupo de mamíferos placentarios del orden Perissodactyla. En la actualidad presenta un solo género, Equus (Fig. 1), pero en el pasado incluyó una gran diversidad de formas fósiles cuya historia evolutiva se remonta 55 millones de años atrás. Esto se debe en gran parte al éxito en colonizar diversos tipos de ambientes en América, Eurasia y África. Las principales tendencias evolutivas que caracterizaron a esta familia fueron el aumento de la talla corporal, el alargamiento de las extremidades, la reducción del número de dedos y el aumento de la altura de la corona dentaria (hipsodoncia). Estos cambios evolutivos se insinuaron en el periodo Eoceno, continuando hasta el final del Pleistoceno. La familia Equidae está conformada por tres grandes subfamilias: Hyracotheriinae, que comprende las formas del Eoceno, con caracteres primitivos; Anchitheriinae, que constituye la segunda etapa de la evolución de los équidos en América del Norte y comprende formas emigradas a Eurasia a principio del Mioceno; y Equinae, donde se incluyen todos los demás équidos que se desarrollaron en América del Norte y las formas emigradas a Eurasia y África durante el Mioceno y Plioceno-Pleistoceno, representadas fundamentalmente por Hipparion y Equus. Mientras que su paso a América del Sur es  epresentación del género Hippidion R de América del Sur. Ilustración: Mauricio Antón.

más tardío y está ligado al levantamiento del istmo de Panamá y representados por Hippidion y Equus (Prado & Alberdi, 2017). La subfamilia Hyracotheriinae comprende las formas primitivas del Eoceno de América del Norte (Hyracotherium, Orohippus, Epihippus). Son animales pequeños, del tamaño de un perro, con cuatro dedos funcionales en la extremidad anterior y tres en la posterior. La subfamilia Anchitheriinae del Mioceno de América del Norte representada por el grupo de Mesohippus y Miohippus, del cual desciende Anchitherium, que emigró a Eurasia. Se caracteriza por presentar dentición braquiodonta y las extremidades con tres dedos funcionales con una cierta preponderancia del tercer dedo. La subfamilia Equinae representa el grupo mayoritario del orden. El primer representante es Merychippus del Mioceno de América del Norte, del tamaño de un pequeño pony y con las coronas de los molares altas y recubiertas de cemento. Las extremidades se hacen progresivamente monodáctilas, quedando los metápodos laterales reducidos a simple estiletes. Se diferencian dos grupos: los Hipparionini cuyo representante típico es Hipparion; y los Protohippini que darán lugar a los Equini cuyo representante principal es Equus. En los libros clásicos sobre la evolución biológica, los équidos son considerados un ejemplo de radiación

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

Figura 1. Distribución actual de las poblaciones de caballos (modificada de Prado & Alberdi, 2017).

evolutiva que, con pequeñas desviaciones, siguieron una trayectoria recta desde el pequeño Hyracotherium del Eoceno hasta el moderno Equus. El conocimiento actual de la evolución de este grupo sugiere que no se presenta como una sencilla progresión a lo largo de una simple línea de desarrollo. Asimismo, esta visión clásica consideró que todas las radiaciones evolutivas eran adaptativas. Ahora se reconoce que los eventos de diversificación pueden ser complejos y multifacéticos y son producidos por una serie de factores bióticos y abióticos. La historia de la familia Equidae ha sido clave para entender uno de los enigmas clásicos de la evolución: ¿qué viene primero, la aparición de nuevos rasgos morfológicos o un nuevo entorno? En un estudio reciente (Cantalapiedra et al., 2017) se observó que las ráfagas de especiación –división comparativamente rápida de las ramas del árbol, dando lugar a múltiples nuevas especies– no se correlaciona con los cambios morfológicos que estaban teniendo lugar en los animales en el momento.

Esto sugiere fuertemente que la evolución fue impulsada por factores extrínsecos –como dispersiones geográficas, aumento de la productividad o heterogeneidad del hábitat– que liberan los límites de la diversidad y promueven la especiación. En otras palabras, nuevos rasgos y nuevas especies evolucionaron porque los cambios ambientales permitieron una mayor diversificación genética. Esto contradice la idea de «radiación adaptativa», que sostiene que la evolución de nuevos rasgos permitió a las especies moverse en ambientes previamente desocupados. En resumen, la evolución de los caballos está muy ligada a los cambios ambientales y a los distintos tipos de sustrato que han tenido lugar a lo largo de su historia. Así la adquisición de la hipsodoncia siempre se ha ligado al aumento de las praderas y desarrollo de las gramíneas, por ser fenómenos contemporáneos. Hoy, sin embargo, se sabe que el desarrollo de los pastizales fue anterior y las evidencias sugieren que

Cambio climático y diversificación de los caballos

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3 d c b

Cuaternario

a Onohippidium Equus

Calippus

Hippidion

Plioceno

Nannippus

Neohipparion

Mioceno

Pliohippus

Merychippus

Mesohippus 5

Eoceno

Oligoceno

Hypohippus

Figura 2. Aumento del volumen del cráneo y la mandíbula, y complicación del cerebro en équidos a través del tiempo (modificado de Thenius, 1969).

Hyracotherium (="Eohippus")

Estrecho de Bering

Figura 3. Comparativa de la reducción y alargamiento de los dedos laterales de los équidos. a) Hyracotherium; b) Anchitherium; c) Hipparion; d) Equus.

Eurasia y África ANCHITHERIUM ≈ 23-24 MA HIPPATION ≈ 11 MA EQUUS ≈ 3,0 MA

Figura 4. Distintas oleadas de dispersión de los distintos grupos de caballos a través del estrecho de Bering hacia Eurasia y África por el descenso del nivel del mar y hacia América del Sur por el levantamiento del istmo de Panamá (modificada de Simpson, 1951).

Itsmo de Panamá

HIPPIDION ≈ 2,5 MA EQUUS ≈ 1,0 MA

Figura 5. Discutiendo sobre los fósiles encontrados en el yacimiento Arroyo del Olivar, Madrid. Este yacimiento de Puente de Vallecas, descubierto en un túnel, se encuentra a unos 5 m bajo el nivel de la calle del mismo nombre. 4

Foto: Manuel Hoyos.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LA EVOLUCIÓN DE LOS CABALLOS ESTÁ MUY LIGADA A LOS CAMBIOS AMBIENTALES Y A LOS DISTINTOS TIPOS DE SUSTRATO QUE HAN TENIDO LUGAR A LO LARGO DE SU HISTORIA»

fue la predominancia de ambientes «abrasivos», con presencia del polvo en suspensión, como podría ocurrir en tiempos de alta actividad volcánica, los responsables de estos fenómenos. Este aumento de la altura de los dientes trae consigo el aumento del cráneo y la mandíbula para su alojamiento (Fig. 2). La evolución de las extremidades, especialmente en su parte distal, para adaptarse de un ambiente más cerrado (boscoso) y un sustrato más húmedo a un ambiente más abierto (praderas) y un sustrato más duro, de manera general, trajo consigo el alargamiento de los mismos. La reducción de los dedos y el mayor desarrollo del tercer dedo favorecieron el aumento de la velocidad y una ventaja frente a sus depredadores (Fig. 3). Esto trajo consigo el aumento de la talla corporal y los incrementos en el peso (Alberdi et al., 1995). Por otro parte, los cambios climáticos que trajeron consigo cambios en las temperaturas globales favorecieron la dispersión de los caballos entre continentes. Por ejemplo, tanto los Anchitheriini como los Hipparionini y los Equini se dispersaron ampliamente por Eurasia a través del estrecho de Bering, en distintos momentos cuando las bajas temperaturas impulsaron el aumento de los casquetes polares y el consiguiente descenso del nivel del mar. Por su parte, los movimientos tectónicos en América y el levantamiento del istmo de Panamá favorecieron el intercambio de faunas entre ambas Américas y la llegada de los équidos hacia el sur (Fig. 4).

PARA SABER MÁS

Alberdi, M. T., Prado, J. L., & OrtizJaureguizar, E. (1995). Patterns of body size changes in fossil and living Equni (perissodactyla). Biological Journal of the Linnean Society, 34, 349-370. Cantalapiedra, J. L., Prado, J. L., Fernández, M. H., & Alberdi, M. T. (2017). Decoupled ecomorphological evolution and diversification in NeogeneQuaternary horses. Science, 355(6325), 627-630. Prado, J. L., & Alberdi, M. T. (2017). Fossil Horses of South America. Phylogeny, Systematic and Ecology. Springer. Simpson, G. G. (1951). HORSES. The Story of the Horse Family in the Modern World and through Million Years of History. Oxford University Press. Thenius, E. (1969). Phylogenie der Mammalia. De Gruyter.

Cambio climático y diversificación de los caballos

 rospectando en el yacimiento de Montehermoso, P Argentina, tratando de ver de dónde proceden los fósiles que están en las colecciones. Foto: José Luis Prado.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Encontrar las respuestas a las muchas preguntas que surgen a lo largo de la profundización en los distintos temas en los que avanzamos. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? En investigación es muy interesante observar cómo el estudio a fondo de un tema determinado te hace darte cuenta, a medida que profundizas, que cada vez te queda más por saber. Pero si hablamos de emocionante: en mi trabajo de paleontóloga

realmente son las excavaciones, y a la vez, lo más decepcionante. Cuando encuentras la pieza que te falta, un ejemplar en perfecto estado, algo que claramente es nuevo. Con su contrapartida, cuando solo salen esquirlas, cuando te salen siempre los mismos ejemplares, cuando sale algo que adivinas que era fundamental, pero está destrozado. Hay otra faceta muy importante en el caso de la paleontología y es el estudio de otras colecciones, el conocer otros pueblos, otras maneras de relacionarte con los demás, las discusiones con otros científicos; en definitiva, las relaciones humanas. María Teresa Alberdi

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LOS ROEDORES DEL PASADO Y SU IMPORTANCIA ACTUAL

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PABLO PELÁEZ-CAMPOMANES Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

Los roedores son un grupo de mamíferos de gran éxito evolutivo; solo hay que pensar que representan el orden de mamíferos con más especies conocidas. Las más de 2250 especies de roedores actuales descritas hasta la fecha representan más del 40 % de todas las especies de mamíferos, y su número sigue incrementándose cada año con hallazgos y descripciones de nuevos taxones. Además, sus representantes se distribuyen por todos las continentes habitados por el hombre, estando adaptados a la mayoría de los ambientes excepto el marino. Su distribución temporal conocida, también muy amplia, se extiende desde el Paleoceno (que comienza hace unos 66 millones de años) hasta la actualidad. Ya durante el Paleógeno, el periodo que se extiende entre los 66 y los 23 millones de años aproximadamente, se reconocen representantes de los cinco subórdenes en los que tradicionalmente se integran a los roedores actuales: Myomorpha (que reúne entre otros a los ratones y ratas, jerbos, hámsteres y ratas del nuevo mundo), Hystricomorpha (puercoespines, ratas topo desnudas, caviomorfos, gundis), Anomaluromorpha (ardillas de cola espinosa y liebre del Cabo), Castorimorpha (castores, tuzas y ratas canguro) y Sciuromorfa (castor de montaña, lirones y ardillas). Sin embargo, no todos los restos fósiles identificados como roedores pueden integrarse dentro de este marco filogenético basado principalmente en la

Resto de roedores de Casa Montero, Madrid. Foto: Pablo Peláez-Campomanes.

biología molecular. Es necesario el estudio morfológico de las formas extintas para poder completar y entender la posición y evolución de los roedores en el árbol de la vida (Asher et al., 2019). A lo largo de la evolución del grupo de los roedores se han registrado formas muy diferentes que han sido sucesivamente muy exitosas a lo largo del tiempo. Como ocurre en muchos grupos de vertebrados, la representación actual del grupo de los roedores es una imagen parcial y sesgada de su evolución, no manifestando realmente qué ha representado el grupo en épocas pasadas. Baste como ejemplo la familia de los lirones que en la actualidad está representada por menos de 30 especies, la mitad pertenecientes al lirón africano Graphiurus, y que sin embargo fue un grupo ampliamente diversificado durante gran parte del Oligoceno y Mioceno de Eurasia, habiéndose descrito más de 200 especies fósiles, algunas de ellas con morfologías no representadas en roedores actuales (Fig. 1). Utilizando la morfología de los cráneos y especialmente de las denticiones, que son los elementos esqueléticos mejor preservados en el registro fósil, se han ido realizando propuestas sobre la relación de las especies fósiles con las especies actuales mediante metodologías de anatomía comparada (Fig. 2). Los estudios que se realizan sobre los roedores no van encaminados exclusivamente al conocimiento sistemático del grupo. Los roedores representan, dada su abundancia y distribución, una importante

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LOS ROEDORES FÓSILES TIENEN UNA IMPORTANCIA FUNDAMENTAL YA QUE SON BÁSICOS PARA DATAR LOS ESTRATOS QUE CONTIENEN LOS DIFERENTES YACIMIENTOS PALEONTOLÓGICOS»

fuente de información ambiental y paleoecológica que nos ayuda a entender cómo vivieron los diferentes especies del pasado y en qué condiciones. La aplicación relativamente reciente de nuevas técnicas de análisis ha permitido que se pueda ir más allá de las metodologías actualistas clásicas y avanzar significativamente en el conocimiento paleoecológico de los roedores. Entre estas técnicas destacan los análisis de microdesgaste dentario (Fig. 3), los análisis de elementos finitos (FEA) y los análisis de isótopos estables (oxígeno y carbono principalmente) que ayudan a precisar, entre otras cosas, las dietas de los diferentes roedores y sus cambios en el tiempo. Y es precisamente el tiempo lo que confiere a la paleontología su carácter y su importancia para las ciencias biológicas. La visión que tenemos sobre la biodiversidad actual es una visión relativamente estática, de un periodo temporal muy corto. Por el contrario, la paleontología aporta una visión dinámica de la evolución de los organismos y nos permite observar las consecuencias de los cambios climáticos y paleogeográficos en la biodiversidad de un determinado periodo del pasado y su respuesta diferencial dependiendo de la localización e historia de cada área. Es aquí donde los roedores fósiles tienen una importancia fundamental, ya que son básicos para datar los estratos que contienen los diferentes yacimientos paleontológicos, así como para interpretar el ambiente en el que vivieron los animales cuyos fósiles se estudian. Las elevadas tasas reproductivas que presentan los roedores, unidas al registro fósil muy denso y de alta resolución temporal, han supuesto que se detecten cambios evolutivos y en la composición de las sucesivas asociaciones de roedores con una elevada

precisión temporal. Y son precisamente estos cambios los que confieren a los roedores una importancia fundamental en disciplinas como la bioestratigrafía y biocronología (la distribución temporal de las asociaciones fósiles). El registro fósil español de roedores se caracteriza por presentar numerosas secciones estratigráficas en las que existen sucesiones de numerosas asociaciones fósiles superpuestas, representación de sucesivas comunidades ecológicas pretéritas, que han permitido la definición de escalas bioestratigráficas muy precisas. Estas escalas bioestratigráficas de alta definición abarcan gran parte del Neógeno y se encuentran repartidas por las principales cuencas españolas, como son la cuenca de Calatayud-Teruel, la cuenca del Vallès-Penedès, la cuenca del Duero y la cuenca de Guadix-Baza (por ejemplo, García Paredes et al., 2016). Además, en todas estas cuencas las escalas se han podido calibrar temporalmente mediante técnicas de datación absoluta, utilizando técnicas radiométricas y dataciones relativas, principalmente paleomagnetismo. De esta forma ha sido posible asignar una edad a cada asociación fósil de roedores, lo que ha permitido poder estudiar la evolución de estos organismos en un contexto temporal muy preciso. Estos cambios faunísticos a nivel regional permiten a su vez el establecimiento de hipótesis paleoclimáticas a escala local y regional, correlacionándose los momentos de mayor reemplazamiento de especies con, por ejemplo, eventos climáticos relacionados con parámetros astronómicos de la órbita terrestre (Van Dam et al., 2006). Además, la obtención de este esquema temporal permite la propuesta de marcos paleobiogeográficos a nivel geográfico mucho más amplio y entre áreas que cuentan con pocos representantes de especies de roedores en común, con lo que se tiene una visión más global de los cambios bióticos ocurridos en diferentes periodos y su relación con los cambios climáticos y tectónicos sucedidos en el pasado. Y es en este

Los roedores del pasado y su importancia actual

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Figura 1. Fotografía de microscopio electrónico de barrido mostrando dos maxilares en conexión anatómica con dentición (premolar y tres molares) de Armantomys tricristatus del Mioceno medio del yacimiento de Casa Montero, provincia de Madrid. Esta especie representa un glírido de corona dental más alta que en las especies actuales y morfología muy simplificada. Figura 2. Vista lateral de un cráneo de Hispanomys moralesi con preservación excepcional del yacimiento del Mioceno superior de Batallones 10, Madrid.

Figura 3. Fotografía de microscopio electrónico de barrido mostrando un detalle del esmalte de un molar superior de Armantomys tricristatus del yacimiento de Casa Montero, provincia de Madrid. En la fotografía se observan las diferentes marcas de desgaste dental utilizadas en los análisis de microdesgaste para inferir las dietas de los roedores extinguidos.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

aspecto en el que, en un momento de fuerte cambio global como el observado en los últimos años y que está afectando drásticamente a la biodiversidad, el estudio de las variaciones en las comunidades de roedores fósiles frente a cambios climáticos globales del pasado puede aportar una información muy valiosa para poder entender de qué forma el cambio global presente podrá afectar a las comunidades actuales y las consecuencias que podrían tener para la supervivencia de los ecosistemas actuales.

PARA SABER MÁS

Asher, R. J., Smith, M. R., Rankin, A., & Emry, R. J. (2019). Congruence, fossils and the evolutionary tree of rodents and lagomorphs. Royal Society Open Science, 6, 190387. García-Paredes, I., Álvarez-Sierra, M. Á., Van den Hoek Ostende, L. W., HernándezBallarín, V., Hordijk, K., López-Guerrero, P., ... & Peláez-Campomanes, P. (2016). The Aragonian and Vallesian high-resolution micromammal succession from the Calatayud-Montalbán Basin (Aragón, Spain). Comptes Rendus - Palevol, 15, 781-789. Van Dam, J. A., Aziz, H. A., Sierra, M. Á. Á., Hilgen, F. J., Van den Hoek Ostende, L. W., Lourens, L. J, ... & Pelaez-Campomanes, P. (2006). Longperiod astronomical forcing of mammal turnover. Nature, 443, 687-691.

 l investigador Pablo Peláez-Campomanes E excavando en el yacimiento de vertebrados miocenos de Batallones 10, Torrejón de Velasco, Madrid, en julio de 2021. Foto: Enrique Cantero.

Los roedores del pasado y su importancia actual

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? Generalmente se confunde ciencia con tecnología. La tecnología nos ha permitido adaptar el medio a nuestras necesidades como especie, pero es la ciencia la que nos permite evolucionar como sociedad y entender el mundo en el que vivimos y cómo conseguir que podamos coexistir en armonía con la naturaleza.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Lo más interesante como investigador en paleobiología es el descubrimiento de nuevas formas de vida del pasado y el estudio del marco evolutivo del grupo al que pertenecen, aportando nuevos datos que nos ayudan para llegar a completar y entender mejor el árbol de la vida.

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LOS NEANDERTALES EN EL MUSEO NACIONAL DE CIENCIAS NATURALES

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ANTONIO ROSAS GONZÁLEZ Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

Mientras que en la Europa que cabalgaba hacia la modernidad del siglo xx el estudio de los neandertales fundamentaba la investigación científica de la evolución humana, en España la carencia de fósiles humanos no permitía arraigar esta disciplina. En el Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) hubo amagos de su estudio, en el contexto de la Comisión de Investigaciones Paleontológicas y Prehistóricas, y aun posteriores. Fue a partir de 1977 cuando los primeros fósiles de Atapuerca dieron soporte a un programa de investigación sin parangón en la historia de la ciencia española que arrancó precisamente en el MNCN. Sin embargo, seguíamos sin una buena documentación del más famoso grupo humano fósil, icono de un misterioso pasado evolutivo aún por investigar. Y entonces apareció en El Sidrón. Los primeros estudios paleoantropológicos de los fósiles neandertales de El Sidrón (Asturias) se acometieron sobre una muestra sin un contexto arqueológico documentado. Tras las excavaciones sistemáticas emprendidas a partir del 2001 por el Prof. Javier Fortea, catedrático de la Universidad de Oviedo, una abundante colección de fósiles humanos fue recuperándose en las sucesivas campañas de excavación. Fue en 2003 cuando el grupo de Paleoantropología del MNCN-CSIC se hizo responsable de su investigación paleobiológica. Cueva de El Sidrón, Galería del Osario. Foto: ©Grupo de Paleoantropología MNCN-CSIC.

Tras 13 campañas de excavación metódica, y una vez concluidos los trabajos de campo en la Galería del Osario de la cueva de El Sidrón (Asturias, España), hoy en día disponemos de más de 2500 especímenes pertenecientes a 13 individuos, de los cuales 7 son adultos (3 varones, 4 mujeres), 3 adolescentes, 2 juveniles y un infantil. Hoy por hoy, El Sidrón constituye la muestra de neandertales más numerosa de la península ibérica y una de las mejores del mundo, y ha hecho posible abordar un amplio espectro de líneas de investigación paleobiológica que abarcan diferentes niveles de organización biológica. Del análisis científico sostenido de la colección a lo largo de estos años podemos resaltar dos aspectos. Primero. El Sidrón ha venido a llenar un vacío secular

en la paleoantropología española. Para satisfacción de todos, esta colección asturiana, por su abundancia, estado de conservación y riqueza de información colma sobradamente esa carencia histórica. Segundo. Las investigaciones desarrolladas en los

últimos años han contribuido de forma clave a cambiar la concepción de los neandertales en la sociedad. Gracias a un flujo constante de información desde el ámbito científico a la sociedad por medio de noticias, charlas divulgativas, exposiciones y documentales, entre todos hemos despojado a los neandertales de esa imagen tosca y deshumanizada, situándolos en un nuevo y difícil equilibrio de especie humana tan diferente y a la vez tan próxima la nuestra.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«GRACIAS A UN FLUJO CONSTANTE DE INFORMACIÓN DESDE EL ÁMBITO CIENTÍFICO A LA SOCIEDAD, ENTRE TODOS HEMOS DESPOJADO A LOS NEANDERTALES DE ESA IMAGEN TOSCA Y DESHUMANIZADA»

A título más de especialidad, entre los avances conseguidos podemos destacar los siguientes. La identificación y caracterización (sexo e intervalo de edad) de los 13 de El Sidrón ha logrado ensamblar un esqueleto parcial de un individuo juvenil (El Sidrón J1) y su reciente publicación en la revista Science. Además, mediante el análisis de ADN mitocondrial de 12 de los individuos se ha logrado establecer relaciones de parentesco entre los miembros de este grupo humano fósil en el marco de un modelo de patrilocalidad (cambio de residencia de las mujeres y permanencia de los varones en el ámbito parental) como estrategia ecorreproductiva de los neandertales. Otro de los campos de investigación emprendido ha sido el estudio detallado de diferentes ámbitos paleobiológicos que abarcan aspectos de la dieta, lateralidad manual, patologías adquiridas y congénitas, biología del desarrollo y crecimiento esquelético/sistema nervioso, paleoneurológicos, determinación de estatura y peso, aspectos funcionales/metabólicos, diferencias entre poblaciones neandertales, etc. Igualmente se han hecho patentes aspectos etológicos tales como: canibalismo, automedicación, uso de plantas medicinales, hábitos posturales, división del trabajo tanto por sexo como por clases de edad, uso de palillos dentales y hierbas para la higiene bucal, utilizar la boca para actividades no masticatorias, uso del bitumen posiblemente para enmangar herramientas de piedra, entre otros. En paralelo, en este yacimiento se ha inaugurado una novedosa metodología de excavación, encaminada a la extracción de material genético antiguo: el Protocolo de Excavación Limpia, que estipula unas condiciones rigurosas para evitar la contaminación con ADN moderno. Gracias a la estrecha colaboración con el Dr. Carles Lalueza-Fox, el

Proyecto Sidrón ha contribuido de forma destacada a los revolucionarios estudios en paleogenética y paleogenómica. Destaca en este ámbito nuestra participación en el Proyecto Genoma Neandertal y análisis más específicos con ejemplos en el ADN mitocondrial, genes FOX P2, MCR1, grupo sanguíneo, gusto amargo, ADN en el sedimento, etc. Aunque la colección de El Sidrón constituye un referente obligado a nivel internacional, queda por delante mucho camino por recorrer. Podemos señalar las tareas venideras del siguiente modo. Investigación sobre el cuerpo de los neandertales. La región pélvico-lumbar encierra misterios aun no revelados. La capacidad pulmonar ya calculada abre paso al funcionamiento del sistema cardiaco. Todos ellos aspectos hasta la fecha aún desconocidos. Y en una línea más clásica, pero no menos relevante, está el análisis microestructural de la dentición valiéndonos de las técnicas de microtomografía computerizada. Los fósiles de El Sidrón encierran también el potencial de desvelar aspectos del origen de la adolescencia humana, un estudio actualmente en fase inicial. Igualmente, a través de las llamadas líneas de hipoplasia del esmalte queremos desvelar las pautas de la lactancia y las relaciones energéticas madre-hijo en estas poblaciones. En estrecha colaboración con científicos nacionales e internacionales especialistas en el análisis del ADN, están en marcha nuevos ensayos para la extracción de material genético de los sedimentos, mientras la conservación de librerías genómicas empleadas en estudios previos duerme a la espera de nuevos usos, entre los cabría destacar la investigación biomédica para determinar el efecto de esos genes arcaicos en nuestras vidas. Por último, debemos destacar el camino aún por recorrer en el ámbito de la divulgación científica de calidad. La transferencia de conocimiento a la sociedad siempre ha sido para nosotros un objetivo prioritario.

Los Neandertales en el Museo Nacional de Ciencias Naturales

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Figura 1. Maxilar y mandíbula neandertal del individuo 2 de El Sidrón, Asturias. ©Grupo de Paleoantropología MNCN-CSIC.

Figura 2. Reconstrucción virtual de un cráneo quimera de El Sidrón, Asturias. ©Grupo de Paleoantropología MNCN-CSIC.

Figura 3. Montaje de los restos aislados que componen el esqueleto de un individuo juvenil J1 de El Sidrón, Asturias. ©Grupo de Paleoantropología MNCN-CSIC.

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 epresentacion artística del grupo de R neandertales de El Sidrón. Fuente original: catálogo de la exposición «Los trece de El Sidrón» que se inauguró en Oviedo en 2014 y hoy se puede visitar en Infiesto, Asturias.

PARA SABER MÁS

De la Rasilla, M., Rosas, A., Cañaveras, J. C., & Lalueza-Fox, C. (2011). La cueva de El Sidrón (Borines, Piloña, Asturias). Una investigación interdisciplinar de un grupo neandertal. Gobierno del Principado de Asturias. Lalueza-Fox, C. (2005). Genes de Neandertal. Editorial Síntesis. Lalueza-Fox, C. (2012). The Neanderthal Genome. Mètode Science Studies Journal, 2.

Rosas, A. (2010). Los Neandertales. Catarata / CSIC. Rosas, A., Ríos, L., Estalrrich, A., Liversidge, H., García-Tabernero, A., Huguet, R., ... & Dean, C. (2018). Response to comment on «The growth pattern of Neandertals, reconstructed from a juvenile skeleton from El Sidrón (Spain)». Science, 359, eaar3820.

Los Neandertales en el Museo Nacional de Ciencias Naturales

 quipo de El Sidrón trabajando con E los restos del juvenil 1 en el gabinete de paleoantropología del MNCN. ©Grupo de Paleoantropología MNCN-CSIC.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? ¿Qué es la cultura? Francisco Umbral lo definió como «ese saber del hombre sobre el hombre». La ciencia de la evolución humana incrementa ese saber sobre nosotros mismos y en ese camino la ciencia se hace cultura. Y la cultura suaviza los instintos, cosa que en nuestra especie sigue siendo un bien muy necesario. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Corría el año 1984 cuando tuve la inmensa fortuna de enrolarme en el equipo de Emiliano Aguirre para excavar en los yacimientos de Atapuerca, y un primero de julio de 1983

desembarqué en Ibeas de Juarros, provincia de Burgos, junto con un grupo de estudiantes que, como yo, querían comerse el mundo. Al verano siguiente, una tarde de julio me encontraba en la Sima de los Huesos con Eudald Carbonell; acabábamos de terminar una primera instalación para acometer la excavación de ese yacimiento tan singular. Después de despejar sedimentos «revueltos», detectamos las primeras arcillas intactas. No habíamos casi comenzado a levantar la primera capa de sedimento, cuando apareció ante nuestros ojos —¡oh, divina providencia!— una mandíbula humana fósil de un anteneandertal, la que pasó a llamarse AT-75. Su análisis fue el tema de mi tesina y el inicio de una carrera investigadora que al menos ha llegado hasta hoy.

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LA BIOLOGÍA TRIDIMENSIONAL

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MARKUS BASTIR Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

Aunque desde los inicios del siglo xx la física teórica nos habla de un continuo espacio-tiempo en cuatro dimensiones del universo, este asumido continuo 4D se nos escapa en nuestra imaginación. Nuestro aparato cognitivo, evolucionado en los bosques, selvas y sabanas en nuestros ancestros primates y homininos durante millones de años, divide este continuo 4D haciéndonos llegar una noción del tiempo, unidimensional y con eventos secuenciales, y otra noción del espacio, en la amplitud y profundidad de las tres dimensiones (3D). Este ensayo trata de cómo recibimos las tres dimensiones, cómo las consideramos en la investigación biológica y cómo nos beneficia en la comunicación y generación del conocimiento científico. El entorno que nos rodea, y cada objeto que se encuentra en él, tiene propiedades espaciales 3D y esta tridimensionalidad la percibimos tanto a nivel sensorial como a nivel cognitivo. A nivel sensorial, la visión binocular y estereoscópica, herencia de nuestros ancestros primates, nos permite una percepción de la profundidad del espacio. Esta percepción se basa en la explotación de la paralaje: las ligeras diferencias en las imágenes de un mismo objeto que reciben nuestros ojos derecho e izquierdo y de la integración cognitiva de estas diferencias generando una imagen

 stación táctil de dinosaurios dentro E de la exposición permanente «Minerales, Fósiles y Evolución Humana» en el Museo Nacional de Ciencias Naturales. Foto: José María Cazcarra.

3D. Por otra parte, el órgano estatoacústico en el oído interno nos informa sobre la posición de nuestra cabeza y postura con respecto a la gravedad. Los estatolitos, pequeños sólidos que se encuentran dentro de los tres canales semicirculares del laberinto, que corresponden a los tres ejes principales del espacio, siguen la gravedad cuando la cabeza se mueve generando una sensación de equilibrio o desequilibrio. Finalmente, la audición estereofónica, como la percepción de la reverberación y de los ecos, nos proporcionan una sensación de espacialidad desde el punto de vista acústico. Así que un conjunto de informaciones sensoriales distintas nos transmiten una sensación de espacialidad en cada momento de nuestra vida. Y la información de todas estas fuentes sensoriales está fuertemente integrada en nuestro aparato cognitivo. En cierto modo, esperamos, a priori, una tridimensionalidad en nuestro entorno porque hemos evolucionado en un mundo 3D: era importante poder saber si una fuente de alimentación o de peligro estaba cerca o lejos; si un depredador estaba escondido detrás de un arbusto, o arriba, en las ramas de un árbol y podría saltar hacia abajo. Además, tuvo que ser importante poder comunicar todas estas situaciones con otros miembros del grupo, por lo que unos investigadores piensan hasta que la espacialidad y la representación central cognitiva del espacio 3D, en una imagen interna, podría formar la base evolutiva de la propia conciencia humana y el lenguaje. De este modo, nuestra «neurocircuitería» forma la base de una extraordinaria capacidad de percibir y

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«TODA LA INFORMACIÓN QUE NOS LLEGA EN FORMA 3D ESTARÁ MÁS ADECUADA A NUESTROS CANALES DE PERCEPCIÓN Y, POR TANTO, APARECERÁ MÁS “REAL”»

procesar información del espacio en 3D en humanos. Esto puede explicar la fuerte fascinación que evoca la tecnología 3D en la ciencia: por ejemplo, en el macrocosmos, donde un punto blanco en el cielo nocturno no es igual de impresionante como una imagen 3D de un planeta computarizada a través de datos de telescopía; o en el microcosmos, donde un punto negro gana atractivo cuando se nos representa como una magnificación 3D de un insecto pequeño a través de un microscopio electrónico. Toda la información que nos llega en forma 3D estará más adecuada a nuestros canales de percepción y, por tanto, aparecerá más «real». Y, ya que estamos evolutivamente adaptados a percibir el mundo en 3D, también la investigación se aprovecha de esta característica humana. Una de las disciplinas biológicas con más historia, la morfología, ha vivido un auge por el reciente desarrollo de herramientas nuevas, digitales, capaces de capturar y procesar la tridimensionalidad de los objetos biológicos, todo muy estimulado por la antropología «virtual». La investigación morfológica 3D en el Museo participa de este auge. En el grupo de Paleoantropología usamos la última tecnología digital capaz de producir imágenes en 3D de las colecciones de museos mediante escáneres 3D y podemos reproducir estas imágenes a través de impresoras 3D (Fig. 1). Esto no solo tiene relevancia para la investigación, sino también para la comunicación en el Museo. Con los métodos digitales del Laboratorio de Morfología Virtual y los especialistas de Programas Públicos hemos creado estaciones táctiles en las exposiciones que permiten tocar la forma de especímenes de las colecciones mediante impresiones 3D que, en condiciones normales y por su valor científico único, no se podrían tocar. Esto no solo permite la inclusión de personas con dificultades de visión, sino también la inclusión de las piezas más importantes (impresas en 3D) en los talleres educativos del museo.

Pero digitalizar e imprimir en 3D no son los únicos ejemplos del uso en el Museo. Además, a nivel de investigación, se utiliza una metodología sofisticada y capaz de medir los objetos en 3D. Pero ¿qué significa medir en 3D? La medición es una de las bases fundamentales de la investigación buscando la objetividad de observaciones. Pero medir en 3D no significa medir alguna distancia entre diferentes partes en un objeto biológico en 3D, sino cuantificar la relación espacial 3D de estas partes en ese objeto. Por esto, en vez de distancias medimos las coordenadas cartesianas (x, y, z) de las estructuras anatómicas (Fig. 1). Además, si medimos una gran cantidad de coordenadas de la forma 3D del objeto, esa misma forma se convierte en números. Este método, la morfometría geométrica, cuantifica las relaciones espaciales de objetos y nos ofrece hacer todo tipo de análisis y cálculos matemáticos que siempre tienen como resultado una imagen 3D. Esa imagen no es una interpretación de los cálculos: es la suma y el análisis de todas las coordenadas 3D, y los investigadores que ven esta imagen pueden interpretarla cada uno a su manera. Además, si imprimimos esta imagen en 3D la podemos tocar, comprender mejor y, finalmente, incluirla en las salas de exposición de los museos como, por ejemplo, las reconstrucciones científicas 3D de fósiles. Con estas metodologías digitales 3D aportamos, no solo al conocimiento de la sociedad sobre la evolución y la naturaleza en el Museo, sino que también las utilizamos en la investigación biomédica donde el análisis 3D es igual de importante generándose una investigación multidisciplinar. De esta manera extendemos la investigación biológica en 3D desde el Museo al bien común de la sociedad a un nivel más general.

La biología tridimensional

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Figura 1. Ejemplo de un flujo de procesos típicos en el análisis 3D del Laboratorio de Morfología Virtual MNCN. El objeto original (cráneo de colecciones) se escanea para obtener un modelo virtual 3D. Este modelo se mide mediante coordenadas 3D. Los números de las coordenadas de la medición ya representan la forma 3D. Midiendo una muestra se analiza estadísticamente y, al ser números también, el resultado numérico del análisis es otra vez una imagen 3D, que se imprime en 3D para la comunicación tanto científica como divulgativa. Figura 2. Reconstrucción 3D del torso y el cráneo de Homo erectus conocido como Niño de Turkana.

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 l investigador Markus Bastir escaneando E el cráneo original de Homo erectus del Niño de Turkana.

La biología tridimensional

PARA SABER MÁS

Bastir, M. (2016). Mirar y tocar para comprender: tecnologías 3D del Laboratorio de Morfología Virtual MNCN. https://www.madrimasd.org/notiweb/ analisis/mirar-tocar-comprendertecnologias-3d-laboratorio-morfologiavirtual-mncn.

Bastir, M., García-Martínez, D., Torres-Tamayo, N., Palancar, C. A., Fernández-Pérez, F. J., Riesco-López, A., ... & López-Gallo, P. (2019). Workflows in a Virtual Morphology Lab: 3D scanning, measuring, and printing. Journal of Anthropological Sciences, 97, 1-28. Weber, G. W., & Bookstein, F. L. (2011). Virtual Anthropology: A Guide to a New Interdisciplinary field. Springer.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La curiosidad y el asombro. Como especie humana, una de las características más destacadas es nuestra curiosidad y capacidad de asombrarse. Estas características son máximas en los niños y se realizan en su juego, ya que así aprenden cómo funciona nuestro mundo. Pienso que esta actitud de curiosidad y asombro infantil permanece en los científicos. Y por esto la ciencia y el método científico, generando conocimiento sobre este mundo y cuantificando la incertidumbre de este conocimiento, es una manera importante de aportar al bien común de la sociedad. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Un método para estudiar homininos fósiles y humanos enfermos. Preparando el proyecto de investigación TORSO para realizar las primeras reconstrucciónes del esqueleto del torso de H. erectus y neandertales con métodos 3D, nos enfrentamos a la gran dificultad de cómo medir una caja torácica sin simplificarlo demasiado. Luego, a lo largo de varios años desarollamos esa metodología necesaria y

nos convertimos en uno de los primeros grupos mundiales de investigación en este campo, publicando mucho y en buenas revistas. En paralelo, colaboramos con los médicos de La Paz y de hospitales de Valencia para obtener muestras de comparación, cuando de una manera imprevista aparecía la posibilidad de aplicar nuestro método para estudiar la respiración en personas que padecían la enfermedad de huesos de cristal (osteogénesis imperfecta, OI), y en pacientes de EPOC (enfermedad pulmonar obstructiva crónica). Durante el primer contacto con el grupo de los pacientes OI, presentándoles la idea de utilizar nuestros métodos paleoantropológicos para estudiar la alteración de su función respiratoria, percibí un enorme agradecimiento de ellos que jamás había recibido en mi carrera científica. A la vez sentí una responsabilidad científica que iba más allá de proponer una hipótesis en evolución humana, lo entonces conocido. Esta experiencia me enseñó, en primera persona, lo importante que puede ser la investigación básica, tal como la hacemos en paleoantropología. Me emocioné al ver cómo mi trabajo contribuía a la sociedad en aspectos tan diversos como la evolución humana y la función respiratoria en personas enfermas, generando y aportando en varios frentes conocimiento nuevo de múltiple utilidad.

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LOS MOLUSCOS EN ARQUEOLOGÍA

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MARÍA TERESA APARICIO ALONSO Departamento de Biodiversidad y Biología Evolutiva, MNCN-CSIC

ESTEBAN ÁLVAREZ-FERNÁNDEZ Departamento de Prehistoria, Historia Antigua y Arqueología. GIR PREHUSAL. Universidad de Salamanca

Los moluscos son un grupo de invertebrados numeroso en especies –han sido descritas alrededor de 85 000– que han evolucionado adaptándose a muy diversos modos de vida y diferentes ambientes, en el mar, en las aguas dulces y en la tierra. Muchos de ellos están provistos de una concha calcárea que protege sus partes blandas y que tiene la particularidad de conservarse y fosilizar con mucha facilidad. La rama de la zoología que se encarga de su estudio es la malacología. La arqueología es una disciplina científica que estudia los restos materiales de las actividades humanas en el pasado. De la combinación de ambas disciplinas surge la arqueomalacología, cuyo objetivo es el estudio de los restos de moluscos en los yacimientos arqueológicos y sus implicaciones sobre el conocimiento de los antiguos pobladores y su entorno. Alcanzar este objetivo encuentra mayor dificultad en las sociedades prehistóricas, porque pretende su conocimiento prescindiendo del registro escrito del que carecían. Por esta razón nos centraremos particularmente en la época prehistórica.  uestra del molusco terrestre, Vallonia costata, M procedente del yacimiento de Valdocarros II en Arganda del Rey, Madrid, cercano al río Jarama, del Pleistoceno medio tardío (hace unos 250 000 años), usada para la reconstrucción paleoclimática y paleoambiental. Foto: Jesús Muñoz.

Para el desarrollo de este conocimiento los moluscos nos suministran varias clases de evidencias:

Alimento Los grupos humanos que habitualmente viven en lugares cercanos a la costa, recolectan y consumen moluscos, formando en ocasiones grandes acumulaciones denominadas concheros. Estos basureros nos aportan una valiosa información sobre su dieta. La prueba más antigua la encontramos en los niveles datados hace unos 164 000 años en el yacimiento de Pinnacle Point 13, en la costa sudafricana, donde se hallaron restos en su mayoría de un bivalvo marino, Perna perna, una especie de mejillón de gran talla. Sin embargo, el uso de los moluscos por los homínidos como recurso alimenticio no se generalizó hasta muy posteriormente, durante el Pleistoceno final, hace unos 40 000 años, y en la transición del Pleistoceno al Holoceno, es decir entre 13 000 y 7000 años. En este periodo se incrementa la explotación de los de los moluscos y de otros recursos marinos, como equinodermos, crustáceos y peces llegando sus restos a ser muy numerosos en los contextos arqueológicos. A comienzos del Holoceno cabe destacar los concheros asturienses documentados en la región cantábrica, donde lo característico son las acumulaciones de conchas de moluscos marinos (lapas, bígaros, mejillones, ostras y almejas) y terrestres (Cepaea nemoralis), que formaron parte de la dieta de los últimos grupos de cazadores-recolectores, por ejemplo, en el

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«UNA DE LAS APORTACIONES MÁS IMPORTANTES QUE NOS OFRECEN LOS MOLUSCOS FÓSILES ES SU UTILIZACIÓN PARA LA RECONSTRUCCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE DEL PASADO»

yacimiento de El Cierro (Asturias) (Fig. 1). También se han documentado concheros en yacimientos del Mediterráneo, como en la Cueva de Nerja (Málaga) (Fig. 2), y otros donde lo característico es la recogida de especies terrestres, como por ejemplo en el Magreb, donde se han hallado acumulaciones de conchas de especies como Cornu aspersus, Helix melanostoma, Leucochroa candissima, y de diversas especies del género Otala.

Reconstrucciones paleoambientales Probablemente una de las aportaciones más importantes que nos ofrece el estudio de los moluscos fósiles (marinos, terrestres y dulceacuícolas) es su utilización para la reconstrucción del medio ambiente del pasado. Sus conchas se conservan en depósitos estratigráficos después de haber sufrido procesos de enterramientos en el fango u otros procesos que conducen a su fosilización, de dónde son extraídos para su estudio. Una vez realizada la datación de las muestras se procede a la determinación de las especies encontradas. Así, a partir de la biología y ecología de cada una de ellas podemos inferir sus condiciones ambientales y climáticas. Como ejemplo mencionar el yacimiento de Valdocarros II (Madrid) (Fig. portada), donde la variación en la composición del conjunto de moluscos terrestres y dulceacuícolas caracterizó el clima y el medio ambiente cercanos al yacimiento, entre finales del MIS8 y principios del MIS7, es decir hace entre 245 000 y 262 000 años.

Dataciones y análisis isotópicos Para la consecución de las reconstrucciones palaeoambientales y de las sociedades en el pasado es esencial la realización de una correcta datación de las muestras.

Son muy utilizadas las dataciones absolutas por el método del radiocarbono o carbono-14 (14C), isótopo radioactivo del carbono, con muy buenos resultados en las conchas de los moluscos marinos, con un protocolo bien conocido precisado mediante el cálculo del efecto reservorio. No obstante, este método presenta limitaciones, entre otras la imposibilidad de datar a mayor antigüedad de 50 000 años. También se pueden datar mediante el método de racemización de aminoácidos, pero las fechas obtenidas son menos precisas que las logradas mediante el método del carbono-14. Además, los análisis isotópicos se están utilizando para la obtención de otros muchos datos relativos a la ecología y al estudio de los paeoclimas y paleoambientes, aprovechando en este caso la composición de los isótopos estables del oxígeno y del carbono en las conchas de moluscos. Asimismo, se están implementando otras técnicas de espectroscopia atómica y láseres pulsados intensos sobre las proporciones de Mg/Ca y Sr/Ca en sus conchas, para determinar las estaciones de recolección de las mismas y, por tanto, poder hacer inferencias sobre el comportamiento de las poblaciones humanas.

Otros usos de las conchas de moluscos Las conchas de los moluscos se utilizan y han sido muy empleadas para otras muchas finalidades, como la realización de objetos de adorno. Es frecuente el hallazgo en yacimientos prehistóricos de conchas con perforaciones para su uso como colgantes. Los más antiguos se realizaron en gasterópodos de pequeña talla de las especies Tritia gibbosula y Columbella rustica en la cueva de Bizmoune, en Marruecos, datadas hace unos 140 000 años. Este tipo de objetos de adorno es mucho más abundante a partir de hace unos 40 000 años. Destaca el yacimiento de Tito Bustillo, hace unos 15 000 años), donde se utilizaban una amplia variedad de conchas de diferentes

Los moluscos en arqueología

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Figura 1. Moluscos marinos de las especies Patella vulgata y Littorina littorea marisqueados como alimento, procedentes del Aziliense (hace 12 000 años) de la cueva de El Cierro, Ribadesella, Asturias. Foto: Esteban Álvarez. 2 cm

Figura 2. Moluscos terrestres de las especies Iberus alonensis, Iberus marmoratus y Sphinterochila cariosula hispanica recogidos como alimento en la cueva de Nerja, sala de la Mina en Maro, Málaga, de finales del Paleolítico superior (hace 11 000 años). Foto: Jesús Muñoz.

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especies marinas. La fabricación de los objetos de adorno es algo exclusivo nuestra especie. El aprovechamiento de la concha para la fabricación de artefactos ha sido encontrado en la Europa mediterránea, por ejemplo, en el yacimiento italiano de Moscerini, datado hace unos 100 000 años. En este caso, las conchas gruesas del bivalvo Callista chione fueron fragmentadas y retocadas por los neandertales, como si fueran sílex, creando raederas. Igualmente, las conchas de los moluscos fueron empleadas para la fabricación de diversas herramientas (cuchillos, cucharas, lámparas, contenedores de ocre o trompetas). Además, fueron usadas como materiales de construcción (aislantes), para la decoración de las producciones cerámicas, como en las características cerámicas cardiales del Neolítico antiguo, con el fin de obtener desgrasantes, para la fabricación de las mismas, y como soporte de representaciones de arte mueble.

PARA SABER MÁS

Allen, M. J. (2017). Molluscs in Archaeology: Methods, Approaches and Applications. Oxbow Books. Álvarez-Fernández, E., & Carvajal, D. R. (2008). Not only food: Marine, Terrestrial and Freshwater Molluscs in Archaeological Sites. En E. ÁlvarezFernández et al. (Eds.), Not only Food: Marine, Terrestrial and Freshwater Molluscs in Archaelogical Sites (pp. 11-27). IIIPC / Consejería de Cultura, Turismo y Deporte del Gobierno de Cantabria. Bar-Yosef Mayer, D. E. (2005). Archaeomalacology: Molluscs in Former Environments of Human Behaviour. Oxbow Books. Claassen, Ch. (1998). Shells. Cambridge University Press.

Las conchas de moluscos y la obtención de tintes (púrpura) Merece una mención especial el uso de los gasterópodos marinos de la Familia Muricidae (Murex brandaris, Murex trunculus) para la extracción de la púrpura, colorante que fue muy valorado por los fenicios y los romanos. Las especies citadas son carnívoras y cuando son atacadas o están en peligro segregan una mucosidad de la que se extrae la púrpura. Es interesante señalar que se necesitan grandes cantidades de ejemplares vivos de estas especies para la obtención del tinte, destinado a dar color a las prendas de vestir durante la Antigüedad.

 bjetos de adorno en concha Antalis sp., Trivia sp., O Tritia pellucida, Littorina obtussata y Tritia reticulata del Magdaleniense (hace 15 000 años) de la cueva de Tito Bustillo, Ribadesella, Asturias. Foto: Esteban Álvarez.

Los moluscos en arqueología

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia ha sufrido un espectacular desarrollo durante los últimos cuarenta años, apoyada por los avances tecnológicos que han permitido una visible mejora en la gran mayoría de los campos que comprende. Como consecuencia nos ha proporcionado una destacable mejora en nuestra calidad de vida. Quizá la parte de la ciencia peor comprendida sea la ciencia básica, porque está centrada en la búsqueda de respuestas a cuestiones generalistas aparentemente con poca aplicación práctica en términos de inmediatez. Sin embargo, la ciencia básica ha tenido una importancia fundamental en el desarrollo científico que hoy disfrutamos. Así, por ejemplo, el estudio de las ondas hertzianas a finales del s. xix que suponen el inicio del conocimiento de la radiación electromagnética, o los estudios sobre la radioactividad a comienzos del s. xx, de la mano de Marie Curie, o las observaciones de Darwin sobre los animales, también en el s. xix, demostrando que la diversidad de la vida podía surgir a través de un proceso de selección natural, o los resultados de Watson y Crick (1953) que suponen el comienzo de los análisis del ADN. Afortunadamente, en nuestros días se está produciendo en la sociedad una mayor concienciación de la importancia y la trascendencia que tiene la ciencia, de la que se espera que pueda resolver en un futuro no muy lejano parte de nuestros problemas como especie biológica. En este sentido, los estudios que desarrollamos desde nuestra perspectiva de las ciencias naturales, están empeñados en esta tarea sin duda apasionante.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? Lo más emocionante e impactante de mi carrera investigadora fueron mis comienzos como becaria predoctoral en el MNCN, en 1977. El Prof. Ortiz de Vega fue mi director de tesis doctoral, quien me propuso el estudio citogenético de los gasterópodos terrestres de la península ibérica. La aventura empezó al conocer las escasísimas referencias previas que había sobre el tema, y el desconcierto aumentó al comprobar la dificultad que existía para la determinación taxonómica de los ejemplares porque carecía de guías de colecciones de referencia y de información. Así que mi primera labor estuvo obligada a la búsqueda bibliográfica (sin internet ni correo electrónico), seguida de la búsqueda de malacólogos que pudieran enseñarme, por ejemplo, a hacer disecciones y poder así clasificar los ejemplares. Todo resultaba complicado y difícil, pero muy emocionante. Cuando por fin pude observar los cromosomas de las células gonadales de mis ejemplares, con la seguridad de que nadie antes los había mirado, comprendí la labor enorme que quedaba todavía por hacer. En el primer congreso internacional al que asistí, The Molluscan Genetics Conference 1980, en Londres, donde el Prof. Cain ponderó los resultados que presenté y me animó a seguir con lo que estaba haciendo. Aquí fue donde pude confirmar que la investigación emprendida tenía un interesante porvenir. María Teresa Aparicio

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EXPEDICIÓN PALEONTOLÓGICA EN NAMIBIA (NPE)

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JORGE MORALES Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

Las excavaciones paleontológicas realizadas por miembros del Departamento de Paleobiología del MNCN, desde su fundación a finales de los años 80 del siglo pasado hasta la actualidad, han tenido un fuerte componente internacional, no solo por la presencia de investigadores extranjeros en las campañas de excavación de yacimientos españoles, sino también por el papel activo de la mayoría de los miembros del departamento en excavaciones y prospecciones paleontológicas en otros países de Europa y de otros continentes. Una de las colaboraciones más duraderas y que personalmente más ha influido en mi carrera científica fue la integración, junto con otros compañeros y compañeras, en la Namibia Paleontology Expedition (NPE) dirigida por los Drs. Martin Pickford (College de France) y Brigitte Senut (Museum National d'Histoire Naturelle, París). La NPE comenzó en 1991 y todavía sigue vigente, aunque nuestra colaboración actual está focalizada más en la publicación de trabajos que en la búsqueda activa de fósiles. Los antecedentes de esta colaboración se remontan a los años 1988-1989, cuando Martin Pickford participó en las campañas de campo que realizábamos en el Mioceno inferior de la Cuenca de Loranca (Depresión Intermedia, Cuenca) en

 os comienzos de la paleontología de vertebrados L en el MNCN. Junio de 1974, preparando el yacimiento de Layna, Soria, para una visita de un congreso internacional. En la foto, delante, de izda. a dcha.: Emiliano Aguirre, Julián Hernanz y Jorge Morales. Detrás, de izda. a dcha.: Manolo Hoyos, Pedro Castaños y Enrique Soto.

colaboración con un equipo holandés dirigido por los Drs. Remmert Daams y Matías Freudental. Poco después, de octubre de 1992 a marzo de 1993, Martin Pickford estuvo trabajando en nuestro departamento con un contrato de la DGCYT (Dirección General de Investigación Científica y Técnica) para estancias sabáticas de investigadores extranjeros distinguidos. Los resultados de aquella estancia se plasmaron en unas cuantas publicaciones; pero sobre todo constatamos que la relación entre los mamíferos del Cenozoico de España y los de África tenían un potencial investigador muy importante, escasamente explorado y que estaba abierto a una colaboración entre nuestros grupos de investigación (Morales et al., 2009). En la primavera de 1994 nos unimos a la NPE con el objetivo de reanudar las excavaciones en el yacimiento de Arrisdrift. Este yacimiento se encuentra en el sur de Namibia, muy cerca de la frontera con la República de Sudáfrica delimitada por el río Orange, en una zona denominada Sperrgebiet (literalmente en ale­mán «zona prohibida») que poseía un estatus muy particular debido a la existencia de yacimientos con diamantes. Estos fueron descubiertos en 1909, cuando el gobierno colonial alemán estaba construyendo una línea férrea que uniría el puerto de Lüderitz con la carretera principal que recorría el interior del país de norte a sur. El primer diamante encontrado por un trabajador llegó a las manos del encargado de la construcción del ferrocarril, que pronto reconoció su importancia; al fin y al cabo, el país vecino Sudáfrica se había convertido en uno de los mayores productores de diamantes del mundo. Intentando evitar la

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«NAMIBIA POSEE UN PATRIMONIO NATURAL IMPRESIONANTE QUE ES DIFÍCIL REFLEJAR EN TODO SU ESPLENDOR EN ESTAS POCAS LÍNEAS» entrada masiva de buscadores de diamantes, como había ocurrido en Sudáfrica, las primeras compañías formadas para explotar los diamantes consiguieron que las autoridades alemanas decretaran una zona de exclusión (Sperrgebiet) que monopolizaría la explotación de diamantes durante los siguientes 100 años, evitando las intervenciones clandestinas y por supuesto a otros competidores no alemanes. El territorio se convirtió en un estado dentro del estado, en el año 2010 prescribió la zona de Sperrgebiet y la zona fue declarada Parque Nacional, aunque todavía hay zonas restringidas a los visitantes. Este interesante territorio cubre una extensión considerable, desde la desembocadura del río Orange hasta los 322 km de litoral al norte y, con una anchura cercana a los 100 km (más de 3 veces la extensión de la provincia de Madrid), forma parte del desierto del Namib, aunque la parte más al sur se considera ya como Karoo. Al norte de Sperrgebiet el desierto del Namib se extiende por toda la costa de Namibia hasta la frontera con Angola delimitada por el río Kunene. El yacimiento paleontológico de Arrisdrift había sido descubierto en 1976, durante la realización de prospecciones para la búsqueda de diamantes en las terrazas del río Orange, donde en una de las calicatas se descubrieron abundantes restos óseos fosilizados; las excavaciones preliminares para su identificación y datación concluyeron que el yacimiento tenía una edad de Mioceno, aunque en superficie se había encontrado industria lítica, razón por la que se había pensado que esta terraza podría haberse formado durante el Cuaternario. Las nuevas excavaciones realizadas en Arrisdrift, a partir de 1993 y hasta el año 2000, descubrieron la existencia de una extraordinaria asociación de vertebrados fósiles que han convertido a este yacimiento en una referencia fundamental para el Mioceno continental africano (Pickford & Senut, 2003). En esta zona sur de Sperrgebiet es notable el desarrollo de grandes sistemas de dunas fósiles, algunos

de ellos bellamente expuestos por la erosión eólica actual, caso del afloramiento de Rooilepel (cuchara roja en afrikáans); a lo largo de la pendiente, erosionada por el viento, la exposición de niveles con bioturbaciones de todo tipo es espectacular, incluyendo termiteros, vertebrados fósiles, gasterópodos y, sobre todo, extensas zonas con restos de cáscaras de huevos fósiles de Diamantornis, ave extinguida probablemente cercana a los avestruces. Pero sin duda, es la parte central de Sperrgebiet la que ejerció más fascinación en nuestras campañas, no solo por la belleza del paisaje, sino también por la historia de la propia minería relacionada con los diamantes. Fue en esta zona donde se descubrieron los primeros diamantes y se realizaron las primeras explotaciones intensivas. Toda la zona se encuentra plagada de vestigios de aquella «edad de diamante», ciudades como Kolmaskop, Pomona, Elisabeth Bay y Bongenfels o las ruinas fantasmales de los complejos mineros construidos por los alemanes durante la explotación de los yacimientos de diamantes antes de la I Guerra Mundial. La mayoría de los diamantes de estos yacimientos se encontraban casi en la superficie, al igual que los restos de vertebrados fósiles procedentes de la erosión de los sedimentos. Estos yacimientos (Langental, Grillental y Elisabethfeld) son de edad algo más antigua que el de Arrisdrift, y aunque los habíamos visitado ocasionalmente con anterioridad, a partir del año 2001 nos dedicamos en exclusiva a la prospección de fósiles en esta parte de Sperrgebiet. Mayormente es una búsqueda superficial, se pasea sobre las superficies de los sedimentos miocenos, que están siendo erosionadas continuamente por el viento, que va descubriendo los fósiles enterrados, muchos de ellos ya erosionados y otros todavía semienterrados que pueden estar muy completos (Pickford & Senut, 2008). Aparte de las prospecciones realizadas en los yacimientos encontrados durante la primera época de la explotación de los diamantes (aproximadamente

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Figura 1. Yacimiento de Arrisdriff, Sperrgebiet. El yacimiento después de las excavaciones de 1976 había sido abandonado. En 1994 comenzamos una nueva campaña de excavaciones eliminado el sedimento, principalmente arena, que había rellenado la antigua calicata. Foto: Jorge Morales.

Figura 2. En las zonas del norte de Sperrgebiet los fósiles normalmente afloran en superficie como consecuencia de la intensa erosión eólica de los sedimentos, aunque ocasionalmente forman concentraciones. En la foto Dolores Soria (2001) excavando una acumulación de fósiles de rumiantes en el yacimiento de Elisabethfeld. Foto: Jorge Morales.

Figura 3. Jorge Morales e Israel M. Sánchez preparando un bloque de carbonato en el yacimiento de Black Crow, situado en el interior de Sperrgebiet. Foto: Brigitte Senut.

Figura 4. Campamento de Bushtal, Sperrgebiet (campaña de 2001) situado en una antigua explotación de diamantes. Paisaje de dunas y afloramientos del zócalo en el que se depositaban los diamantes. Foto: Jorge Morales.

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hasta la Gran Depresión Económica de los años 30 del siglo pasado), durante el desarrollo del NPE se prospectó el interior de Sperrgebiet. Algunos afloramientos formados por rocas carbonáticas muy silicificadas habían dado indicios de vertebrados que podían indicar otro tipo de yacimiento paleontológico completamente diferente a los conocidos en las zonas diamantíferas. Pero el denominado Black Crow superó todas las expectativas, convirtiéndose en el yacimiento más importante con vertebrados continentales del Eoceno medio del África austral. A primera vista no se veían huesos o dientes completos, apenas unos pequeños fragmentos de hueso o dientes se intuían en los carbonatos, pero cuando se trataron en el campamento los bloques de carbonatos con ácido acético (vinagre), apareció toda una extraordinaria fauna de mamíferos que ha cambiado radicalmente el conocimiento de esta época en África (Pickford et al,. 2008). Fuera ya de Sperrgebiet, existen numerosas áreas con yacimientos paleontológicos de todas las épocas, una de las más atractivas se encuentra en el interior del Parque Nacional de Etosha Pan; la parte central de este enorme parque (más de 22 270 km2) está ocupada por un inmenso salar (pan en inglés) de más de 7000 km2. Este salar, formado en una amplia depresión, estacionalmente se cubre de una efímera y poco profunda capa de agua. Una de las entradas de agua al salar es la del río Ekuma cuyo nombre ha sido usado para nombrar una de las formaciones con fósiles de vertebrados. La experiencia de prospectar y excavar en un parque natural como el de Etosha fue sin duda una de esas experiencias inolvidable (Pickford et al., 2009). Namibia posee un patrimonio natural impresionante que es difícil reflejar en todo su esplendor en estas pocas líneas de texto. Quizás para terminar podría hacer una pequeña mención a Munsterlandhole, una granja situada en una zona cercana al parque de Etosha en la que existen cavidades (piping naturales)

en las que pudimos visualizar los procesos geológicos que intervienen en la formación de cavidades en sedimentos detríticos, que en ocasiones dan lugar a la formación de yacimientos paleontológicos, algunos tan importantes como los del cerro de los Batallones (Madrid). PARA SABER MÁS

Morales, J. Peláez-Campomanes, P., Alvarez-Sierra, M. A., Azanza, B., & Montoya, P. (2009). Historia de las excavaciones paleontológicas (Mamíferos) en el Museo Nacional de Ciencias Naturales-CSIC. En J. LobónCerviá y J. Morales (Eds.), Notas para la historia reciente del Museo Nacional de Ciencias Naturales. Homenaje a Dolores Soria Mayor (pp. 220-268). MNCN- CSIC. Pickford, M., & Senut, B. (2003). Geology and Palaeobiology of the Central and Southtern Namib. Memoirs of the Geological Survey of Namibia, 19, 1-398. Pickford, M., & Senut, B. (2008). Geology and Palaeobiology of the Northtern Sperrgebiet, Namibia. Memoirs of the Geological Survey of Namibia, 20, 1-577. Pickford, M. Senut, B., Hipondoka, M., Person, A., Segalen, L., Plet, C. Jousse, H., ... & Mourer-Chauvire, C. (2009). Mio-Plio-Pleisrocene geology and paleobiology of Etosha Pan, Namibia. Communications of the Geological Survey of Namibia, 14, 5-139. Pickford, M. Senut, B., Morales, J., Mein, P., & Sánchez, I. M. (2008). Mammalia from the Lutetian of Namibia. Memoirs of the Geological Survey of Namibia, 20, 465-514.

Expedición Paleontológica en Namibia (NPE)

 l paleontólogo Jorge Morales en el yacimiento E Batallones 3. Torrejón de Velasco, Madrid. Foto: PePeEfe, CC-BY-SA-4.0.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos aporta conocimiento en todos los sentidos, es imposible comprender nuestra civilización sin la ciencia. Pero como la «Fuerza» de las películas de La Guerra de las Galaxias, en la ciencia hay un lado oscuro y, suponemos que por contraposición, existe otro lado claro. La humanidad desconoce cuál de ellos predomina y es incapaz de escoger uno de los dos. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? El descubrimiento del yacimiento de Batallones (Torrejón de Velasco, Madrid) es probablemente

el más impactante que vivimos los paleontólogos del MNCN en aquel ahora lejano año 1991. Pero la emoción de descubrir nuevos fósiles, nuevas especies, fósiles singulares o missing link es una auténtica adicción de la que nunca me he curado. Uno de estos fósiles singulares, precisamente encontrado en el yacimiento de Batallones 3, lo hemos publicado recientemente, denominado Ammitocyon kainos, uno de los carnívoros más extraños y menos conocidos del registro fósil del Mioceno. Pero todavía me acuerdo de las primeras prospecciones paleontológicas realizadas con Emiliano Aguirre que me llevaron irremediablemente a amar la paleontología.

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ANATOMÍA FUNCIONAL EN PALEONTOLOGÍA

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MANUEL J. SALESA Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

MAURICIO ANTÓN Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

GEMA SILICEO Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

Los restos fósiles de vertebrados suelen consistir mayoritariamente en huesos y dientes, las partes más duras del esqueleto, ya que durante el proceso de fosilización los tejidos blandos se pudren y desaparecen. Solo en muy contadas ocasiones, gracias a condiciones de conservación especialmente favorables, como ausencia de transporte de los restos, bajos niveles de oxígeno en el medio, o sedimentos muy finos, pueden conservarse partes tan delicadas como plumas, pelo, o incluso impresiones de los órganos internos. Sin embargo, el análisis morfológico de los huesos y dientes aporta muchísima información sobre el modo de vida, locomoción, comportamiento y dieta de los vertebrados fósiles. Parte importante de esa información se extrae gracias los estudios comparativos con vertebrados actuales, lo que conocemos como anatomía comparada. Esta ha sido un pilar básico en la investigación paleontológica desde sus inicios como disciplina científica, allá por el siglo xviii, cuando naturalistas como Cuvier, Buffon y Lamarck propusieron que organismos con estructuras similares deberían tener un antepasado común. De hecho, Cuvier estableció el llamado principio de correlación de las partes, en el que establecía que cada parte del esqueleto de los animales estaba relacionada

 econstrucción en vida del félido «dientes R de sable» Machairodus aphanistus dando caza a un équido del género Hipparion. La imagen ilustra el método de ataque que emplearían estos félidos, inferido a partir del estudio de su esqueleto y en particular de sus vértebras cervicales. Ilustración: Mauricio Antón.

íntimamente con el resto, de manera que «tras inspeccionar un solo hueso, se podía determinar la clase e incluso el género del animal al que pertenecía». Partiendo de esta premisa tan sencilla, y por medio de la comparación morfológica de las estructuras del esqueleto de especies actuales y fósiles, se podrían conocer sus relaciones evolutivas, e inferir cómo se desarrollaron dichas estructuras. Esto es muy útil para trazar el origen y evolución de los diferentes grupos fósiles, y constituye el primer paso para cualquier estudio filogenético en paleontología. Pero ¿y si queremos saber para qué servían las estructuras que aparecen en los fósiles? Para ello existe otra herramienta, la anatomía funcional, que analiza en detalle la morfología y función de estructuras presentes en las especies actuales, desde cuernos o dientes, hasta órganos, músculos, etc., para inferir como funcionarían esas mismas estructuras en los fósiles. Esto se lleva a cabo en parte gracias a las extensas colecciones de esqueletos de animales actuales que alojan numerosas instituciones científicas, como el propio Museo Nacional de Ciencias Naturales, lo que permite estudiar y caracterizar su anatomía esque­lética. Por su parte, para estudiar las partes blandas, como órganos, músculos o cartílagos, el método más adecuado es la realización de disecciones meticulosas de especímenes actuales, siguiendo los procedimientos descritos en los atlas anatómicos para no perder ningún detalle. Desde hace algunos años, la incorporación de técnicas empleadas en estudios clínicos, como la tomografía computarizada (conocida como TC), ha permitido llevar este tipo de estudios a un nivel superior, ya que se pueden estudiar estructuras que hasta

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«LA ANATOMÍA FUNCIONAL ANALIZA EN DETALLE LA MORFOLOGÍA Y FUNCIÓN DE ESTRUCTURAS PRESENTES EN LAS ESPECIES ACTUALES PARA INFERIR COMO FUNCIONARÍAN ESAS MISMAS ESTRUCTURAS EN LOS FÓSILES»

hace tan solo unos años resultaban casi inaccesibles. Gracias a estas técnicas, los paleontólogos podemos conocer con precisión la morfología, disposición y desarrollo del esqueleto y las partes blandas de especies actuales, e inferir cómo serían en las formas fósiles. Sin embargo, debido a la naturaleza incompleta del registro fósil, los estudios funcionales en paleontología se han centrado tradicionalmente en la biomecánica de huesos y dientes, como grado de extensión, de las articulaciones, implicaciones de las proporciones de los huesos de las extremidades o inferencias sobre la dieta según la forma y morfología de los dientes. Es decir, que aunque se disponga de mucha información sobre la anatomía de especies actuales, con frecuencia se puede profundizar poco en la de sus parientes extinguidos, simplemente por la ausencia de fósiles. Por eso, en las raras ocasiones en las que se encuentran yacimientos excepcionalmente ricos, o con fósiles muy bien preservados, las posibilidades de llevar a cabo estudios funcionales se multiplican espectacularmente. Este es el caso de los yacimientos del Cerro de los Batallones, cerca del pueblo madrileño de Torrejón de Velasco, en los cuales han aparecido miles de fósiles de los mamíferos que poblaban la zona hace 9.5 millones de años, entre ellos dos especies de félidos «dientes de sable» (también llamados macairodontinos): Machairodus aphanistus, del tamaño de un tigre, y Promegantereon ogygia, de la talla de un leopardo. Estas dos especies son el origen de dos linajes separados dentro de los félidos «dientes de sable»: los smilodontinos y los homo­ terinos, cuyos miembros fueron los máximos depredadores de las faunas hasta que se extinguieron hace tan solo 11 000 años. De esta forma, la importancia de los abundantes y exquisitamente conservados fósiles de Batallones no solo radica en que permiten estudiar aspectos desconocidos de la anatomía funcional de los macairodontinos, sino que además constituyen una muestra única para analizar el origen de las

adaptaciones que dieron origen a tan sofisticado modelo de cazador. ¿Qué tipo de estudios se pueden llevar a cabo con fósiles tan excepcionales? Un material tan completo como el de Batallones permite realizar estudios muy detallados sobre estructuras delicadas, que aparecen muy raramente en el registro fósil debido a que su fragilidad impide su conservación durante el proceso de fosilización. Un ejemplo clásico lo constituyen las vértebras, que suelen aparecer casi siempre fragmentadas, aplastadas e incompletas, ya que están constituidas por estructuras muy delicadas, como láminas y espinas, y en muchos casos están ahuecadas. Sin embargo, en Batallones han aparecido numerosas vértebras en excelente estado de conservación, y eso ha permitido llevar a cabo estudios funcionales sobre varias regiones de la columna vertebral implicadas en la locomoción o el modo de vida del animal. Una de estas regiones es la cervical, especialmente interesante cuando se estudia el método de caza de los carnívoros, debido a su implicación en el control de los movimientos de la cabeza. En los félidos «dientes de sable» esta región es relativamente más larga y sus vértebras poseen procesos más robustos que los de los felinos. Esto se debe al especial método de caza desarrollado por los primeros, con el cual mataban rápidamente a sus presas cortándoles la garganta con un certero mordisco, tras inmovilizarlas completamente con sus potentes extremidades anteriores. Los fósiles de Batallones han permitido por primera vez desentrañar cómo era el cuello de los primeros félidos «dientes de sable»: sus vértebras cervicales, articuladas virtualmente gracias al uso de TC, presentaban un mosaico de caracteres primitivos y modernos, algo típico de especies que se hallan en un momento crítico del desarrollo de alguna novedad evolutiva, en este caso, el especializado modo de ataque macairodontino. La muestra de Batallones incluye cráneos muy bien conservados y completos, no solamente de félidos «dientes de sable», sino también de otros mamíferos

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Figura 1. Modelo virtual en 3D del cráneo y vértebras cervicales de Machairodus aphanistus de Batallones-1, obtenido a partir del escaneado con TC, en vistas izquierda (a) y derecha (b) lateral, comparado con el cráneo y vértebras cervicales de un tigre, Panthera tigris (colecciones MNCN-CSIC) (c), y con una imagen de TC del cráneo y primeras cuatro vértebras cervicales de un leopardo Panthera pardus (d).

Figura 2. Vista lateral izquierda de los cráneos de guepardo, Acinonyx jubatus (a), puma, Puma concolor (b), leopardo, Panthera pardus (c) y Promegantereon ogygia (d) de Batallones-1, mostrando la reconstrucción virtual de los senos frontales. Figura 3. Vista general del último esqueleto de Machairodus aphanistus excavado en Batallones-1. Se ven varios elementos, entre ellos, cráneo y mandíbula articulados en primer plano, un poco más arriba a la derecha, la escápula derecha, y a la izquierda, los dos húmeros cruzados. Foto: Gema Siliceo.

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 xcavando en Batallones-2 los fósiles de la E extremidad anterior de Hipparion, un caballo de tres dedos del Mioceno superior. Foto: Gema Siliceo.

fósiles, como caballos, jirafas, osos o hienas. La realización de TC a estos cráneos y el procesamiento de las imágenes que se obtienen a partir de ellos, permite la generación de modelos 3D de las estructuras del in­te­ rior del cráneo, como los senos frontales o el oído in­ terno. Así, por ejemplo, se ha podido caracterizar la morfología de los senos frontales de Promegantereon ogygia (comprobando que estos eran similares a los de los pumas, por poseer numerosos puntales óseos de refuerzo en la zona dorsal, y por estar notablemente expandidos caudalmente), se han podido reconstruir cráneos que estaban deformados o incompletos y, en la actualidad, se está trabajando en el estudio del oído interno de los félidos de Batallones, gracias a que los micro-escáneres computarizados (micro-TC) permiten obtener modelos 3D de estructuras tan pequeñas como la cóclea o los huesecillos del oído. PARA SABER MÁS

Antón, M., Siliceo, G., Pastor, J. F., Morales, J., & Salesa, M. J. (2020). The early evolution of the sabre-toothed felid killing bite: the significance of the cervical morphology of Machairodus aphanistus (Carnivora: Felidae: Machairodontinae). Zoological Journal of the Linnean Society, 188, 319-342. Salesa, M. J., Anton, M., Peigne, S., & Morales, J. (2008). Functional anatomy and biomechanics of the postcranial skeleton of Simocyon batalleri (Viret, 1929) (Carnivora, Ailuridae) from the late Miocene of Spain. Zoological Journal of the Linnean Society, 152, 593-621. Salesa, M. J., Siliceo, G., Antón, M., Fabre, A. C., & Pastor, J. F. (2019). Functional inferences on the long bones of Ischyrictis zibethoides (Blainville, 1841) (Carnivora, Mustelidae) from the middle Miocene locality of Sansan (Gers, France). Geodiversitas, 42(1), 1-16.

Salesa, M. J., Siliceo, G., Antón, M., Peigné, S., & Morales, J. (2019). Functional and systematic implications of the postcranial anatomy of a Late Miocene feline (Carnivora, Felidae) from Batallones-1 (Madrid, Spain). Journal of Mammalian Evolution, 26, 101-131. Siliceo, G., Antón, M., Morales, J., & Salesa, M. J. (2020). Built for Strength: Functional Insights from the Thoracolumbar and Sacrocaudal Regions of the Late Miocene Amphicyonid Magericyon anceps (Carnivora, Amphicyonidae) from Batallones-1 (Madrid, Spain). Journal of Mammalian Evolution, 27, 497-518. Siliceo, G., Salesa, M. J., Antón, M., Pastor, J. F., & Morales, J. (2011). Comparative anatomy of the frontal sinuses in the primitive sabre-toothed felid Promegantereon ogygia (Felidae, Machairodontinae) and similarly sized extant felines. Estudios Geológicos, 67(2), 277-290.

ANATOMÍA FUNCIONAL EN PALEONTOLOGÍA

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La búsqueda del conocimiento científico, derivada de nuestro deseo de explorar, de descubrir, es una de las actividades más apasionantes que realiza el ser humano: gracias a la ciencia podemos conocer el origen de la vida, fabricar aparatos que nos lleven a visitar otros planetas o elaborar vacunas que permitan vencer a un virus nuevo; y todo ello tuvo su origen en la curiosidad innata que poseemos los primates por conocer nuestro entorno, que permitió a nuestros antepasados memorizar cuándo maduraban las frutas más deliciosas, o imaginar cómo utilizar palos o bordes afilados de pedernal para conseguir acceder a nuevos alimentos. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Hace 15 años estaba recopilando los fósiles de Simocyon batalleri, un carnívoro emparentado con el panda rojo, que habían sido excavados en

Batallones en 1991. En aquellos años no se sabía nada de su esqueleto, ya que solo se habían descubierto dientes y fragmentos craneales. Sin embargo, en Batallones-1 se habían encontrado restos muy completos, por lo que por primera vez se iban a poder estudiar sus adaptaciones locomotoras. Mientras rebuscaba entre el material, encontré una caja con los huesos de la muñeca, y entre ellos, un huesecillo tubular que enseguida identifiqué como un «falso pulgar», típico de pandas actuales, pero nunca antes descubierto en fósil alguno. ¡Era un descubrimiento asombroso! Su presencia en Simocyon era un enigma, ya que los pandas usan este hueso para sujetar el bambú del que se alimentan, pero Simocyon poseía una dentición adaptada a comer carne; tras estudiar el resto del esqueleto comprobamos que este carnívoro estaba adaptado a trepar rápidamente a los árboles para escapar de los depredadores, y para ello usaba el sofisticado mecanismo de pinza que le proporcionó su falso pulgar. Manuel Salesa

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LAS EXTINCIONES EN EL PASADO, PREVISIÓN PARA EL FUTURO

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JAN VAN DER MADE Departamento de Paleobiología, MNCN-CSIC

Las cinco grandes extinciones han sido hace 444, 375, 251, 200 y 66 millones de años, cuando se extinguieron entre el 75 y 96 % de las especies. Según algunos, estamos viviendo la sexta, que ha afectado al mamut (Fig. 1), y que va en aumento.

(como la incidencia por cada 100 000 habitantes). Al igual que las olas de la pandemia, se aprecia un patrón de picos de extinciones. E igual que una desescalada demasiado rápida provoca una nueva ola, las extinciones también tienen sus causas.

A lo largo de los años han ido ocurriendo numerosos pequeños eventos de extinción que nos pueden dar pistas sobre el futuro desarrollo de la presente ola. La crisis del Vallesiense fue reconocida por primera vez en base a fósiles del Vallés-Penedés (Cataluña). Se extinguieron los homínidos primitivos que vivían en Europa y otros animales, como ocho especies de jabalíes. Europa nunca ha recuperado esta biodiversidad. Desaparecieron también plantas tropicales o subtropicales. Esto fue provocado por una fuerte bajada de la temperatura y un aumento de la estacionalidad, concentrando la producción de fruta en una parte del año y provocando así la extinción de animales frugívoros, como estos homínidos y algunas especies de jabalí.

Todos conocemos el «efecto invernadero»: provocamos un aumento en CO2 y esto nos trae temperaturas más altas y aumento del nivel de los océanos debido a la descongelación de los glaciares en la Antártida y en Groenlandia. Esta conexión ha funcionado también en el pasado y se puede ver en la figura 2 cómo las variaciones en CO2, la temperatura y el nivel de los océanos son parecidas, aunque no idénticas, por otros factores que también influyen. Las curvas en esta figura se parecen hasta en las variaciones más pequeñas, porque están relacionadas con unos ciclos que dependen de la manera en que la Tierra gira alrededor de su eje y alrededor del Sol. Los ciclos más conocidos tienen periodicidades de aproximadamente 20 000, 40 000 y 100 000 años, afectan a la estacionalidad y dieron lugar a las glaciaciones. Hay sitios donde se puede observar la expresión de alguno de estos ciclos en la alternancia regular de sedimentos de diferentes colores o tipos (Fig. 3). Como los diferentes tipos de ciclos son de duración distinta, a veces sus efectos sobre el clima se suman y en otros momentos se contrarrestan. Cuando suman, se producen los picos más grandes que vemos en los gráficos y estos son los que producen extinciones (marcadas con líneas amarillas en la figura 2), sobre todo cuando se alcanzan nuevos valores récord de baja temperatura y CO2.

La figura 2 muestra estas extinciones, igual que los gráficos donde hoy vemos el desarrollo de la pandemia cada noche en el telediario. Aquí, la escala de tiempo no son días, sino millones de años, y en vez de la incidencia y los fallecidos se muestran las extinciones en números y en porcentajes de las especies

 acimiento Gran Dolina de Atapuerca, Y España. Nivel TD-10. Foto: Jan van der Made.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LOS CAMBIOS EN EL NIVEL DE CO2 PROVOCADOS EN MUY POCO TIEMPO POR LA ACTIVIDAD HUMANA SON MAYORES QUE LOS CAMBIOS DESDE HACE 14 MILLONES DE AÑOS»

En sí, estas variaciones en CO2, temperatura, estacionalidad y nivel de los mares han tenido un efecto directo sobre la vegetación y la fauna, pero lo que ocurre va mucho más allá. La variación de CO2 es igual en toda la tierra, pero no así la temperatura. El balance entre los dos influye en la competencia entre plantas con diferentes tipos de fotosíntesis (las llamadas C3 y C4). La continua bajada de CO2 produjo la evolución de plantas C4 (muchas de ellas gramíneas), la expansión de sabanas y estepas, la evolución de herbívoros pastoreadores y la extinción de ramoneadores. De esta manera, no solamente cada fluctuación de CO2 modifica la distribución de los paisajes, sino también el valor nutritivo de las plantas: más CO2, más proporción de azúcar y almidón y menos proteínas, hierro y zinc. La ingesta insuficiente de estas sustancias puede provocar un crecimiento menor y varias patologías. Rumiantes y otros herbívoros digieren la proteína de diferente forma y eficacia y, así, algunos serán beneficiados y otros perjudicados por estos cambios de CO2. El nivel de CO2 bajó de un valor de casi 450 partes por millón (ppm), hace 14 millones de años, hasta el nivel preindustrial (228 ppm). Pero ahora el nivel de CO2 ya no sigue la tendencia natural. La actividad humana lo ha aumentado hasta más de 400 ppm y se prevé que llegará a unas 600 ppm dentro de veinte años, y este aumento en CO2 es preocupante porque puede poner en peligro la salud de casi 150 millones de personas que dependen para su alimentación de arroz, cereales y patatas, y que tienen insuficiente acceso a la alimentación más rica en proteínas. Los cambios en el nivel de CO2 provocados en muy poco tiempo por la actividad humana son mayores que los cambios desde hace 14 millones de años, cuando Europa tenía un óptimo climático que era casi tropical. El clima está cambiando y tendrá muchos efectos sobre la flora y la fauna. Deberíamos ir hacia una

nueva glaciación y, sin embargo, vamos en dirección contraria. Lo mejor para la población humana sería que no cambiara nada. Dada la presión del ser humano sobre la naturaleza, la flora y la fauna sufrirán más que en momentos de cambio anteriores. Hasta ahora las extinciones y la evolución de nuevas especies se han mantenido en equilibrio. Sin embargo, la presión humana perjudica cada vez más el origen de nuevas especies y produce una fragmentación de la vegetación natural y de las poblaciones animales. El aislamiento de pequeñas poblaciones resulta en endogamia y en la consecuente pérdida de variabilidad genética. Esto último puede producir enfermedades como la hemofilia (conocida por los frecuentes matrimonios entre casas reales) y disminuye la viabilidad de la especie. En la actualidad hay muchas especies con una viabilidad perjudicada y la extinción de una parte de ellas es cuestión de tiempo. Aun si actuáramos ahora, los efectos de lo que hemos provocado en el pasado perdurarán. Estamos calentando la capa superior de los océanos, que tiene un espesor de menos de cien metros. En algunos lugares esta agua baja y, como una capa de varios kilómetros de espesor, circula lentamente en dirección contraria y cuando emerge de nuevo a la superficie devuelve el calor. La subida actual del CO2 es mayor que la bajada en los últimos 14 millones de años, cuando el nivel de los océanos era 50 metros más alto. Visto así, sorprende la previsión de una subida de solamente unos pocos metros. Vemos cómo está la situación en Venecia. Aún en los escenarios más optimistas, desaparecerán algunos países isleños del Pacífico y se podrá inundar parte de un país como Bangladesh, desplazando a decenas de millones de personas. Además, estamos cambiando el ambiente de muchas otras formas. Un ejemplo lo tenemos en Argelia, donde participo en la excavación de un yacimiento

Las extinciones en el pasado, previsión para el futuro

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Figura 1. Reconstrucción del mamut lanudo por Charles Robert Knight (1874-1953). Figura 2. Las extinciones de las especies de mamíferos grandes (promedios corrientes) en Europa occidental y África en los últimos 20 millones de años comparado con el nivel de los océanos, las variaciones de temperatura y la concentración de CO2 en el atmósfera. Datos de Van der Made, 2014; Van de Wal et al., 2010.

Figura 3. Alternancias cíclicas con origen astronómico en los sedimentos de la Formación Trubi en Lido Rosello, Sicilia. Foto: trolvag CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons. 1

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

excavado a gran escala en tiempos coloniales. Para poder excavar las partes más bajas del yacimiento se bombeaba el agua freática. Ahora no hace falta bombear porque el nivel freático está mucho más abajo. Las poblaciones de muchos países áridos crecen rápidamente y la agricultura para alimentar a esta gente va vaciando los acuíferos. ¿Qué pasará cuando esta agricultura se colapse? Hay cientos de personas que mueren en el Mediterráneo buscando un futuro mejor y esto no parece que vaya a mejorar. Las extinciones provocadas por nuestra especie comenzaron hace 50 000 años. La actividad humana ha aumentado cambiando el ambiente de diferentes formas, recientemente con pesticidas, otros productos químicos y microplásticos. Hay mucha gente que nunca ha visto un animal grande libre en la naturaleza y ya empezamos a ver menos insectos. Algunos de los cambios que hemos puesto en marcha no tienen precedentes en la naturaleza y otros van a ser a mayor escala que los cambios en la figura 2. No sabemos cómo va a terminar esto, pero deberíamos actuar ya.

PARA SABER MÁS

Medek, D. E., Schwartz, J., & Myers, S. S. (2017). Estimated effects of future atmospheric CO 2 concentrations on protein intake and the risk of protein deficiency by country and region. Environmental Health Perspectives, 125(8), 087002. Ruddiman, W. F. (2005). Plows, Plagues and Petroleum: How Humans Took Control of Climate. Princeton University Press. Van de Wal, R. S. W., Boer, B. D., Lourens, L. J., Köhler, P., & Bintanja, R. (2011). Reconstruction of a continuous high-resolution CO 2 record over the past 20 million years. Climate of the Past, 7(4), 1459-1469. Van der Made, J. (2014). Late Pleistocene European and Late Miocene African acceleration of faunal change in relation to climate and as a background to human evolution. Quaternary International, 326-327, 431-447.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia nos sirve para entender el mundo. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Soy paleontólogo y lo que me interesa es la evolución y la biogeografía. Para obtener datos hace falta

excavar o buscar fósiles en el campo, estudiarlos en el laboratorio y comparar los datos en el despacho, generalmente utilizando el ordenador. Contrariamente a lo que sería de esperar, no recuerdo ninguna emoción al encontrar un fósil en una excavación. Cuando estudio fósiles tengo la satisfacción de que aprendo y obtengo datos, lo que me emociona es ver que los datos encajan, que puedo demostrar algo o que he encontrado algo nuevo (aunque sea muy pequeño).

Las extinciones en el pasado, previsión para el futuro

 l autor (dcha.) en el hallazgo de una tortuga E gigante en Argelia. Foto: Jordi Mestre.

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EL PAPEL DE LOS METEORITOS EN LA HISTORIA DE LA TIERRA Y SU RELEVANCIA ACTUAL

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JAVIER GARCIA GUINEA Departamento de Geología, MNCN-CSIC

La ley física de gravitación universal formulada por Isaac Newton en 1687 describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. La fuerza con que se atraen dos cuerpos es proporcional al producto de sus masas dividido por la distancia entre ellos al cuadrado. Desde entonces, se pueden calcular las interacciones entre los cuerpos celestes. Cuanto más masa tengan los cuerpos y más cercanos se encuentren, con mayor fuerza se atraerán. La Tierra se formó por sucesivos añadidos de objetos astronómicos, también descritos como impactos de meteoritos de varias clases y tamaños. Para explicar la redistribución de elementos en la Tierra hay que tener en cuenta varios procesos generales, como el elevado calor interno del interior que mantiene la materia en un estado de fusión, un estado magmático a elevadas presiones donde tampoco se descarta la existencia de reacciones nucleares naturales. La acción combinada de la gravedad, la temperatura interna y el movimiento de rotación de la Tierra, hace que los elementos más pesados como hierro-níquel se concentren en el núcleo terrestre; después, en el manto estarían magmas más ligeros compuestos por aluminosilicatos de hierro y magnesio y, finalmente, en la corteza terrestre otros magmas de aluminosilicatos de elementos calco-alcalinos todavía  ista panorámica del cráter Meteor, V en Winslow, Arizona, EE. UU.

más ligeros. Después vendría la hidrosfera, que ocupa las tres cuartas partes de la superficie terrestre, y luego la atmósfera que también está estratificada por densidades, los gases más densos abajo y los más ligeros hacia la estratosfera. Esta secuencia ordenada y concéntrica de materiales, desde los más densos en el núcleo hasta los más ligeros en la estratosfera, no es una casualidad, sino un resultado de la acción continua de la gravedad, el calor interno y el movimiento rotatorio terrestres. Antiguamente se pensaba que la Tierra se había formado a partir de incorporaciones de meteoritos de tipo condritas de enstatita, por los grandes parecidos observados entre los diferentes isótopos de oxígeno, cromo y níquel entre las rocas terrestres y ese tipo concreto de meteoritos. Sin embargo, en los últimos años se está demostrando que nuestro planeta está «amasado» a partir de una mezcla muy heterogénea de meteoritos de varias clases. El manto superior de la Tierra está muy enriquecido en elementos del grupo del platino, oro y renio que deberían estar en equilibrio con el núcleo metálico de la Tierra. Sin embargo, ahora se piensa que debieron ser introducidos por meteoritos durante la etapa de formación primigenia de la Tierra, pero después de haberse formado el núcleo terrestre. El motivo es la relación entre las cantidades de paladio y de lawrencio que muestran las rocas del manto superior, que es mucho mayor a las observadas en meteoritos condritas (Pattou et al., 1996).

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LOS METEORITOS SON MUESTREOS VALIOSÍSIMOS QUE NOS LLEGAN GRATIS DESDE FUERA DE LA TIERRA Y NOS PROPORCIONAN MUCHA INFORMACIÓN»

Se piensa (por ejemplo, Ahrens, Physics Today, agosto, 1994) que mucha agua liberada en la Tierra primigenia procedía de minerales rocas hidratados, como por ejemplo la serpentina, de primitivos meteoritos. Además contenían similares cantidades de carbón e hidrocarbonos, incluyendo varias docenas de aminoácidos. La relación deuterio/hidrógeno en los meteoritos es la misma que la del agua de los océanos. Asumiendo que las relaciones D/H encontradas en el universo varían considerablemente, la composición isotópica del hidrógeno oceánico y las composiciones isotópicas de gran cantidad de elementos no radiogénicos (no proceden de una desintegración radioactiva de otro elemento) en la Tierra, apoyan firmemente el modelo de mezcla de meteoritos de los planetesimales (cuerpos celestes primitivos que acabaron formando los planetas). La Tierra creció a partir de un objeto de tamaño kilométrico similar a la Luna donde la mayoría de los elementos y compuestos volátiles permanecieron en el núcleo primitivo (protonúcleo) del planeta en crecimiento. Durante las fases iniciales de formación de ese protonúcleo absorbió H2O, CH4, CO, CN, hidrocarburos y gases nobles presentes desde los planetesimales iniciales. Los datos isotópicos de osmio de las capas terrestres más recientes y la distribución atmosférica de los gases nobles sugieren una participación directa de cometas (50 %) mezclados con agua desgasificada por el manto (50 %), muy pobre en deuterio. Este modelo también se puede aplicar con éxito a Venus, pero con una contribución cometaria mucho menor. La fuerte heterogeneidad isotópica inicial del agua terrestre requiere una mezcla inicial muy completa por desgasificación y reciclaje del manto, que fue posible gracias a las tasas de convección iniciales muy altas del manto primario caliente, que pudo homogeneizar isotópicamente las dos fuentes en los

primeros 100 millones de años de la historia de la Tierra (Javoy, 2005). Una vez formada la Tierra y con la vida evolucionando sobre ella, los meteoritos siguieron y siguen cayendo en mayor o menor cuantía y produciendo modificaciones. El cráter meteorítico más famoso es el de Chicxulub, de la península de Yucatán (200 km de diámetro), junto con un fragmento de meteorito relacionado con esta caída encontrado en sedimentos del límite Cretácico-Terciario, que fue estudiado por Frank. T. Kyte en 1998. Este impacto produjo fuertes cambios en la vida de la Tierra, incluyendo cambios climáticos, con un calentamiento inicial y un enfriamiento posterior. Fue el responsable de la desaparición del 75 % de las especies existentes en este límite Cretácico-Terciario, incluyendo el fin de los dinosaurios y la aparición de los mamíferos. La relevancia actual de los meteoritos es doble: científica y social. Los meteoritos son muestreos valiosísimos que nos llegan gratis desde fuera de la Tierra y nos proporcionan mucha información porque se pueden analizar con todo tipo de técnicas avanzadas. La conquista del espacio es un tema siempre de actualidad informativa y de interés social, por ejemplo, ahora mismo estamos viendo fotos realizadas por robot Perseverance en Marte sobre un sólido de color verde con cráteres, que está siendo analizando con una sonda láser-Raman y que tiene toda la pinta de ser un meteorito de tipo vidrio-tectita. Por otra parte, los meteoritos pueden irrumpir repentinamente en nuestras vidas como la condrita de Cheliábinsk (Rusia), de la que llegaron al suelo unas cinco toneladas de meteoritos, incluido un fragmento de unos 650 kg que fue recogido en el lago Chebarkul. El bólido de unos 14 metros entró en la atmósfera y explotó aproximadamente a 20 000 metros de altura liberando una energía de 500 kilotones, treinta veces superior a la bomba nuclear de Hiroshima. La explosión consecuente de la rotura de la barrera del sonido provocó destrozos de ventanales, cristales

EL PAPEL DE LOS METEORITOS EN LA HISTORIA DE LA TIERRA Y SU RELEVANCIA ACTUAL

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Figura 1. Fragmento de meteorito condrita L6 caído en Villalbeto de la Peña, Palencia, en 2004. La imagen muestra su corteza de doble fusión producida por el rozamiento con la atmósfera terrestre en vuelo a baja altura. Foto: Javier Guinea.

Figura 2. Momento de la fracturación en vuelo del meteorito de Villalbeto de la Peña (4 de enero de 2004). Foto: Javier Guinea.

Figura 3. Mapa de la distribución de los fragmentos de Condrita L6 Villabeto de la Peña, Palencia, caídos el 4 de enero de 2004.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

y daños materiales en edificios; hubo unas 1491 personas heridas de las cuales más de 100 tuvieron que ser trasladadas a hospitales, la mayoría de ellas afectadas por la onda expansiva, aunque nadie resultó herido de gravedad. Obviamente, si el bólido hubiese tenido más de 14 metros, los daños hubiesen sido proporcionalmente mayores en función de su tamaño. PARA SABER MÁS

García-Guinea, J., Morales, S., Delgado, A., Recio, C., & Calaforra, J. M. (2002). Formation of gigantic gypsum crystals. Journal of the Geological Society, 159, 347-350. García-Guinea, J., Correcher, V., Rojas, R. M., Fierro, J. L., FernándezMartín, C., López-Arce, P., & RoviraLlorens, S. (2005). Chemical tracers in archaeological and natural gold: Aliseda Tartessos treasure and new discovered nuggets (SW Spain). Gold Bulletin, 38, 23-28. Llorca, J., Trigo-Rodríguez, J. M., Ortiz, J. L., Docobo, J. A., García-Guinea, J., Castro-Tirado, A. J., & Casanova, I. (2005). The Villalbeto de la Peña meteorite fall: I. Fireball energy, meteorite recovery, strewn field, and petrography. Meteoritics & Planetary Science, 40(6), 795-804.

EL PAPEL DE LOS METEORITOS EN LA HISTORIA DE LA TIERRA Y SU RELEVANCIA ACTUAL

 avier García Guinea explorando las areniscas J del Buntsandstein de Miedes en Guadalajara. Foto: Martín Fernández.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia de verdad aporta riqueza y salud física y mental a la especie humana. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Voy a destacar tres momentos puntuales: primero, mi primera entrada dentro de la Geoda de Pulpí, al ver unos cristales transparentes gigantescos; segundo, mi descubrimiento de las minas de oro tartesas en Casas de Don Pedro

(Badajoz) y tercero, la localización de los primeros fragmentos del meteorito de Villalbeto. Fueron tres momentos únicos e irrepetibles en la vida de cualquier geólogo, en los que además de lanzarte a unas aventuras exitosas con fuertes dosis de adrenalina, mantuve la disciplina de investigador recogiendo muestras y fotografías y publicando los artículos científicos correspondientes. Todos sabemos que no es fácil estar en primera línea encontrando meteoritos, grandes pepitas de oro o grandes cristales transparentes y cuando esto ocurre es muy impactante, emocionante e interesante.

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EL REGISTRO GEOLÓGICO DE TSUNAMIS: EJEMPLOS EN LA PENÍNSULA IBÉRICA

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CARIDAD ZAZO Departamento de Geología, MNCN-CSIC

JAVIER LARIO Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED), Madrid

Los grandes tsunamis ocurridos alrededor del planeta en las últimas décadas (Indonesia, 2004; Chile, 2010; Japón, 2011) han servido al público en general para tener consciencia de cómo funcionan estos fenómenos y asimilar información sobre cómo actuar en caso de alerta (Fig. 1). Igualmente, la comunidad científica ha tenido la oportunidad de ver la dinámica de estos sucesos, al existir una amplia información gráfica que estaba limitada años atrás, y, en el caso que nos ocupa, poder estudiar el registro erosivo y sedimentario asociado a estos eventos, disponiendo en cada caso de los parámetros precisos de la ola de tsunami asociada a cada registro (número de olas, altura de la lámina de agua, máxima inundación, hora de llegada, etc.). Durante los últimos años han aparecido numerosos trabajos que describen episodios de alta energía ocurridos en el litoral y que han dejado un registro sedimentológico, geomorfológico o paleontológico, lo que permite estudiar sus características. Los estudios sobre el registro geológico de tsunamis se han centrado en tratar de identificar secuencias sedimentarias características de estos eventos, si bien se ha visto que es extremadamente difícil poder diferenciar el registro sedimentario de estos eventos de

 estos del poblado pesquero de Conilete, R arrasado por el tsunami de 1755. Los restos están dispersos en la zona de la Torre de Castilnovo en Conil, Cádiz, asociados con sedimentos del tsunami. Foto: Javier Lario.

TERESA BARDAJÍ Departamento de Geología, Geografía y Medio Ambiente, Universidad de Alcalá, Madrid

JOSE LUIS GOY Departamento de Geología, Universidad de Salamanca, Salamanca

los causados por otros procesos marinos generadores de olas de gran energía, como ocurre con los huracanes, tormentas tropicales o las storm surges (repentina y anómala subida del nivel del mar durante una tormenta en costas abiertas). En este sentido, se ha ido usando cada vez más el termino de Eventos de Oleaje Extremo (EWE-extreme wave events) para identificar estos sucesos, independientemente de su génesis. Los diferentes estudios han podido contrastar varias características sedimentarias que ayudan a diferenciar estos procesos. Esto no es siempre posible, dado que hay características comunes a ambos que, en general, son: rotura de cordones de playa y formación de acumulaciones de sedimento en forma de abanico, depósitos más delgados y de granulometría más fina tierra adentro, secuencias con tamaño de grano menor hacia superficie (granodecreciente), base erosiva, presencia de fauna marina y fragmentos de conchas y de plantas. Si encontramos solo estas características, es difícil diferenciar el origen de los depósitos y solo podremos asociarlos a episodios de alta energía de origen marino. Existen otras características de los depósitos que, si se encuentran, nos indican con más probabilidad que se pueden deber a la ocurrencia de un tsunami, como son: presencia de más de una secuencia granodecreciente (algunas veces son homogéneas), normalmente de una a tres, correspondientes a diferentes olas (Fig. 2); presencia de fragmentos del sedimento inferior, erosionado durante el tsunami e

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«UN MODO DE INTENTAR IDENTIFICAR TSUNAMIS CONSISTE EN INTENTAR RELACIONAR DICHOS EVENTOS DE ALTA ENERGÍA CON ALGÚN TERREMOTO OCURRIDO EN LA ZONA, BUSCANDO EVIDENCIAS»

incorporado al sedimento del tsunami, a veces presencia de bloques de gran tamaño; puede haber gran variación en el tamaño de grano de los sedimentos (de arcillas a bloques); no es frecuente que aparezcan estructuras sedimentarias (en storm surges son más comunes, con presencia de estratificación subhorizontal o planar, con canales). Además, otras evidencias sugieren que tsunamis de gran magnitud están asociados con una profunda reorganización de los sistemas de flecha litoral-estuario (conjunto de cordones de playa que cierran parcialmente los estuarios), con extensas inundaciones, rotura de la barrera, sedimentación de múltiples abanicos de derrame y completa reorganización del sistema de drenaje. Hay que tener en cuenta que, aunque se han propuesto estas características asociándolas a los diferentes eventos, «no existe ninguna característica especial que permita distinguir inequívocamente entre depósitos de tsunami y de tormenta», sino que hay que utilizar un conjunto de características que indiquen cómo ha sido afectada la costa a distintas escalas espaciales. En la península ibérica se han realizado investigaciones para tratar de identificar tsunamis antiguos a partir del registro sedimentario. El mayor registro de este tipo de episodios en el litoral peninsular ocurridos durante el Holoceno (últimos 10 000 años) se encuentra en el golfo de Cádiz. Durante los últimos años varios estudios se han centrado en describir y reconocer diferentes depósitos de eventos costeros de alta energía, asociando su formación a la ocurrencia de un tsunami e intentando establecer periodos de recurrencia de estos (Fig. 3). Un modo de intentar identificar tsunamis consiste en intentar relacionar dichos eventos de alta energía con algún terremoto ocurrido en la zona, buscando evidencias en documentos históricos, en restos arqueológicos (arqueosismicidad) o en el registro geológico

(paleosismicidad). Dentro de estos últimos, ha resultado muy interesante la correlación con depósitos encontrados en la plataforma marina asociados a terremotos (turbiditas/sismitas). Un ejemplo de la utilización de varias fuentes de información lo constituye el terremoto de Lisboa de 1755, que generó el mayor tsunami documentado de la costa peninsular, alcanzando poblaciones al otro lado del Atlántico y que, solo en la costa de Huelva y Cádiz, dejó 2000 muertos. Las abundantes descripciones documentales de este evento han permitido identificar las áreas afectadas y reconstruir, a partir del registro geológico, el impacto que tuvo en estas costas. En otras ocasiones, no existen documentos que hayan registrado estos eventos o, cuando se refieren a episodios muy antiguos, son poco concretos. En esos casos, solo el estudio del registro geológico y la caracterización de los rasgos comentados anteriormente, han permitido identificar estos paleotsunamis. De este modo se han podido identificar en el golfo de Cádiz al menos ocho grandes tsunamis ocurridos en los últimos 6500 años (cuando el nivel del mar alcanzó su posición actual): hace 5200-5000 años, hace 3600-3400 años, hace 2200 años, a 40-60 AD, a 260-280 AD, a 395 AD (estos cuatro asociados a yacimientos arqueológicos de la Hispania romana), en el año 881 y el referido de 1755 (Fig. 4). Si bien la recurrencia de tsunamis en la Península es baja (un gran tsunami cada 700-1200 años), se ha observado que la capacidad destructiva es grande y, si ocurriera actualmente uno de la intensidad de los registrados anteriormente, las consecuencias serían catastróficas.

El registro geológico de tsunamis: ejemplos en la Península Ibérica

Figura 1. La población de Llico, Arauco, afectada tras el tsunami que afectó a la costa de Chile el 27 de febrero de 2010. Foto: Javier Lario.

Figuras 2. Depósitos correspondientes al tsunami que afectó a la costa de Chile el 27 de febrero de 2010 en Tubul, Arauco. a) 60 cm de inundación marcados por la presencia de pelillo, un alga marina; b) depósito de tsunami (0.8 a 1.1 cm) mostrando una secuencia que recoge cuatro niveles correspondientes a las cuatro olas que afectaron la zona. Cada nivel consiste en arenas finas grises y limos finos a techo; c) Mud-crack diferencial debido a la alternancia de los diferentes niveles; d) detalle del depósito de cada ola.

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Fotos: Javier Lario.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

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Figura 3. Depósito de un sondeo manual en las marismas del Guadalete, Cádiz, con localización de un EWE, probablemente tsunami, datado en ca. 2200 cal BP. Foto y figura: Luis de Luque.

Figura 4. Paleotsunamis con registro geológico en el golfo de Cádiz de los últimos 6000 años, a partir de la correlación de EWE de la costa y turbiditas de origen sísmico detectadas en plataforma (modificado de Lario et al., 2011).

El registro geológico de tsunamis: ejemplos en la Península Ibérica

PARA SABER MÁS

Galbis, J. (1932). Catálogo sísmico de la zona comprendida entre los meridianos 5° E. y 20° W. de Grenwich y los paralelos 45° y 25° N (Vol. 1). Instituto Geográfico, Catastral y de Estadística. Lario, J., & Bardají, T. (2016). Tsunamis. En J. Lario & T. Bardají (Coord.), Introducción a los riesgos geológicos (pp. 227-244). Editorial UNED. Lario, J., Luque, L., Zazo, C., Goy, J.L., Spencer, C., Cabero, A., Bardají, T., Borja, F., Dabrio, C.J., Civis, C., GonzálezDelgado, J.A., Borja, C., & AlonsoAzcárate, J. (2010). Tsunami vs. storm surge deposits: a review of the sedimentological and geomorphological record of Extreme Waves Events (EWE) during the Holocene in the Gulf of Cadiz, Spain. Zeitschrift für Geomorphologie, 54, S.B. 3, 301-316. Lario, J., Zazo, C., Goy, J.L., Silva, P.G., Bardaji, T., & Cabero, A. (2011). Holocene Paleotsunamis catalogue of SW Iberia. Quaternary International, 242, 186-200. Rodríguez-Vidal, J., Ruiz, F., Cáceres, L., Abad, M., González-Regalado, M. L., Pozo, M., ... & Gómez Toscano, F. (2011). Geomarkers of the 218–209 BC Atlantic tsunami in the Roman Lacus Ligustinus (SW Spain): A palaeogeographical approach. Quaternary International, 242, 201-212.

REFLEXIONES —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigadora? En mi carrera como investigadora en geología, una de las cosas más interesantes y a la vez satisfactorias ha sido poder compaginar el trabajo de gabinete/laboratorio con las campañas de campo. Es sobre el terreno donde las observaciones y discusiones con otros científicos nacionales y extranjeros me han facilitado la obtención y desarrollo de criterios sobre cómo «evaluar» los cambios del nivel de mar a nivel temporal y espacial. Las campañas de campo situadas geográficamente en áreas situadas a distinta latitud me han hecho comprender que no existe un nivel cero global, sino un nivel medio global. Pero sin duda, de lo que me siento más orgullosa, es de haber «creado» y formado parte de grupos de investigación con diferentes especialistas que me han permitido obtener datos en especial relacionados con la cronología del periodo Cuaternario (2.6 Ma). Caridad Zazo

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TERREMOTOS. ¿SON TAN PELIGROSOS?

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MARÍA JOSÉ JIMÉNEZ Departamento de Geología, MNCN-CSIC

MARIANO GARCÍA FERNÁNDEZ Departamento de Geología, MNCN-CSIC

Los terremotos son fenómenos naturales fascinantes y en principio asombrosamente inofensivos. Esta afirmación no parece que pueda ser cierta, pero ¿qué pasaría si una persona que se encontrara en campo abierto sintiera un gran terremoto? Como mucho, podría perder el equilibrio por la fuerte vibración del suelo bajo sus pies. En comparación, una erupción volcánica, una inundación o un deslizamiento de tierras en ese mismo lugar pondrían en riesgo su integridad física y su vida. Los terremotos no son responsables directos de las víctimas mortales, lo son fundamentalmente los edificios y otras construcciones y estructuras. Por tanto, la sociedad contribuye de algún modo a que algo en principio casi inofensivo para las personas pueda resultar catastrófico. Podemos, pues, deducir que los daños producidos por terremotos se podrían prevenir y reducir significativamente. A pesar de ello, alrededor de un millón de personas han perdido la vida como consecuencia de terremotos en las últimas dos décadas. La mayor parte de estas víctimas se contabilizan en unos pocos terremotos grandes que han afectado áreas urbanas. Aunque parezca que con el mismo tamaño (magnitud) los terremotos y su impacto han de ser similares, no siempre es así y cada terremoto es singular. En

 erremoto en Chile, 2010. T Edificio Alto Río, de 15 pisos. Foto: Claudio Núñez, CC BY-SA 2.0.

1999 un terremoto en Chichi (Taiwán) con magnitud 7.6 provocó numerosos daños y 2000 víctimas mortales. Con la misma magnitud, un terremoto en Cachemira (Pakistán) en 2005 provocó 86 000 muertos. Cada año se producen una media de 18 terremotos con magnitudes iguales o superiores a 7 y solo uno de magnitud 8 o mayor, pero la gravedad de sus impactos, el número de víctimas que producen y sus consecuencias, son muy variables. Para el sismólogo cada terremoto es un reto científico, ya que, con bastante frecuencia, se desvelan nuevos aspectos que es necesario investigar para avanzar en el conocimiento. Los efectos producidos por un terremoto no siempre son más severos cuanto más próximo y mayor tamaño tiene . La diferencia entre sufrir daños más o menos graves o sufrir devastación también depende de la geología local (materiales bajo la superficie del terreno) y de las técnicas de construcción. Cuando se trata de terremotos, mejor «no estar en la onda», ya que al vibrar el terreno la base de los edificios se mueve y el edificio oscila al paso de las ondas sísmicas. Los edificios se comportan como péndulos invertidos. Si el edificio se separa de su posición original oscilará hasta recuperar la posición de equilibrio. Estas oscilaciones son periódicas y el tiempo que dura el ciclo completo de la oscilación es el período natural del edificio o estructura. Si las ondas sísmicas que causan el movimiento hacen vibrar el terreno con un periodo muy próximo al natural del edificio,

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LOS TERREMOTOS NO SON RESPONSABLES DIRECTOS DE LAS VÍCTIMAS MORTALES, LO SON FUNDAMENTALMENTE LOS EDIFICIOS Y OTRAS CONSTRUCCIONES Y ESTRUCTURAS»

este puede oscilar fuertemente produciendo, en algunos casos, el fenómeno de resonancia. Este fenómeno hace que se intensifiquen los efectos de la vibración en la estructura pudiendo ocasionar su colapso. Los enormes daños causados por el terremoto de San Francisco de 1906, el de 1923 de Kanto (Japón) y el de 1985 en Ciudad de México, fueron en gran parte debidos a la amplificación de las vibraciones en terrenos formados por suelos blandos (sedimentos). El terremoto de Nueva Zelanda de 2011, el de Loma Prieta (California) de 1989 y el de Niigata (Japón) de 1964, provocaron la basculación de edificios, tumbándose o hundiéndose, por el fenómeno de licuefacción (pérdida de solidez del terreno saturado). Todos los aspectos anteriores, junto con otros no mencionados, constituyen campos de investigación específicos aunque muy amplios, por lo que habitualmente los sismólogos se centran en alguno en particular, especializando sus investigaciones. Actualmente la capacidad de las redes sísmicas permite desarrollar sistemas de alerta temprana (operativos ya en California, México o Japón) que avisan con unas decenas de segundos de antelación de la inminente llegada de las ondas sísmicas, resultando muy útiles porque permiten disminuir la velocidad de trenes, pasar a modos seguros de operación, cortar el suministro de gas, etc., y así reducir en gran medida los posibles impactos. Aun así, a pesar de los grandes avances en investigación y en desarrollo tecnológico, el número de víctimas a consecuencia de terremotos ha aumentado notablemente desde principios del siglo pasado. En parte, esto es debido al aumento de la población mundial y a su concentración en zonas urbanas, con megalópolis de más de 10 millones de habitantes, la

mayoría en las regiones menos desarrolladas donde a escala global se han producido el 85 % de los terremotos con mayor número de víctimas en los últimos 1000 años. La peligrosidad sísmica tiene en cuenta la severidad y duración de la vibración del terreno y sus efectos indirectos (deslizamientos, licuefacción, tsunamis), mientras que el riesgo sísmico, es decir, el impacto, determina los probables efectos de los terremotos. El riesgo sísmico puede disminuirse mediante la adopción de medidas de prevención y mitigación; no así la peligrosidad sísmica, al estar vinculada directamente a la actividad tectónica de la Tierra. En la estimación del riesgo sísmico intervienen métricas, no solo relacionadas con el número de víctimas, sino también con las pérdidas económicas asociadas, incluyendo la duración en el tiempo de la fase de recuperación de las actividades habituales en las zonas afectadas. Terremotos recientes como los de China (2008, M8.0), Haití (2010, M7.0), Chile (2010, M8.8), Nueva Zelanda (2010, M7.1 y 2011, M6.3), Japón (2011, M9.0) o Nepal (2015, M7.8), evidencian que el impacto de los terremotos tanto en víctimas mortales como en pérdidas económicas es muy dispar y no siempre consecuencia directa de su magnitud. Por cada euro de pérdidas económicas, las pérdidas en vidas humanas son muy variables, en muchos casos sin relación directa con el tamaño del terremoto y más ligadas al nivel de desarrollo de la región. Algunos ejemplos de terremotos recientes sirven para ilustrar cómo frecuentemente y a pesar de que el conocimiento científico existe, este no llega a implementarse. En 2008, tres años antes del terremoto de Japón de 2011, se disponía de evidencias reflejadas en la literatura científica de un terremoto muy antiguo que produjo un tsunami similar al que se originó en 2011, barriendo las costas japonesas y produciendo

Terremotos. ¿Son tan peligrosos?

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Figura 1. Mapa de peligrosidad sísmica de Europa y el Mediterráneo. Publicación de la European Seismological Commission. Autora: María José Jiménez. En Terremotos: cuando la tierra tiembla. Editorial CSIC, 2009.

Figura 2. Terremoto en Nepal, 2015. Foto: Superikonoskop, CC BY-SA 3.0.

Figura 3. Grados de la escala de intensidad sísmica EMS-98. Autores: María José Jiménez y Mariano GarcíaFernández (2008) WEBSISMO: Página Web Interactiva sobre Terremotos y Riesgo Sísmico, http://www.websismo.csic.es).

Figura 4. Periodos de vibración de estructuras. Autora: María José Jiménez. En Terremotos: cuando la tierra tiembla. Editorial CSIC, 2009.

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PERIODOS DE VIBRACIÓN

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Chimenea hormigón

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el accidente en la central nuclear de Fukushima. Parece evidente que fallaron los mecanismos para comunicar estas nuevas evidencias científicas a los responsables de las defensas costeras. En los años precedentes al terremoto de Haití de 2010, algunos investigadores advirtieron al gobierno sobre evidencias científicas, a partir de medidas de las deformaciones de la corteza terrestre, que sugerían que podría estar próximo a producirse un terremoto similar a los dos ocurridos en el siglo xviii que destruyeron la antigua Puerto Príncipe. La administración les prestó atención, pero no tuvo la capacidad necesaria para actuar. En el caso del terremoto de L'Aquila de 2009 en Italia, el desastre ocurrió como consecuencia de la dificultad inherente para comunicar eficazmente una incertidumbre estadística. Tras ocurrir el terremoto, los científicos encargados de evaluar e interpretar la gran cantidad de sacudidas previas que venían produciéndose en la región en los meses anteriores, fueron acusados de proporcionar información incompleta, inexacta y contradictoria. Seis científicos y un funcionario público fueron inicialmente acusados y condenados a seis años de cárcel por no ser capaces de alertar del terremoto que acabaría con la vida de 308 personas, aunque finalmente fueron absueltos. Un hecho sin precedentes en la historia del derecho internacional ya que hasta entonces la responsabilidad de este tipo de catástrofes había recaído en las administraciones públicas, nunca individualmente en los científicos encargados de llevar a cabo las investigaciones en las que aquellas se basan para actuar. A partir de las experiencias recientes se evidencia que la tendencia actual de aumento de las víctimas y pérdidas debidas a terremotos puede invertirse. Es necesario que sismólogos e ingenieros avancen en sus investigaciones para la implementación de medidas de prevención y mitigación basadas en el conocimiento más actualizado.

PARA SABER MÁS

Hough, S. (2016). Predicting the Unpredictable: The Tumultuous Science of Earthquake Prediction. Princeton University Press (Edición en español: Predecir lo impredecible: ¿Puede la ciencia pronosticar los sismos? Grano de Sal, 2019). Hough, S. (2016). Richter's Scale: Measure of an Earthquake, Measure of a Man, Princeton University Press. Jiménez, M. J., & García, M. (2009). Peligrosidad sísmica: qué efectos podemos esperar de los terremotos, dónde, cuándo y de qué tamaño. En A. Ugalde (Coord.), Terremotos: cuando la tierra tiembla, CSIC. Musson, R. (2012). The Million Death Quake: The Science of Predicting Earth's Deadliest Natural Disaster. Palgrave Macmillan. Udías, A. (2010). El terremoto de Lisboa en España: testimonios inéditos. Muñoz Moya Editores.

 egistrando vibraciones del terreno R en Lorca, Murcia. Foto: María José Jiménez y Mariano García Fernández.

Terremotos. ¿Son tan peligrosos?

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La ciencia ofrece soluciones para los desafíos de la vida cotidiana y nos ayuda a responder a grandes retos de la humanidad. El ejemplo más reciente lo hemos tenido con el desarrollo de las vacunas COVID. La información científica es extremadamente útil para la sociedad como instrumento para establecer políticas y legislación basadas en el conocimiento adquirido a partir de los resultados de la investigación.

—¿Qué es lo más emocionante de vuestra carrera como investigadores? Trabajar en investigación en sismología de terremotos es siempre emocionante por su propia naturaleza, y más aún en la actualidad con los grandes avances en las tecnologías de adquisición de datos, la gran capacidad de cálculo de los ordenadores y las posibilidades de observación de la Tierra desde el espacio con un detalle no disponible hasta ahora.

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RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR EN MINERALOGÍA

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LUIS SÁNCHEZ-MUÑOZ Departamento de Geología, MNCN-CSIC

Los minerales son sustancias naturales que tienen una composición química más o menos fija y una estructura cristalina formada por el ordenamiento regular de los átomos constituyentes. La ordenación de las estructuras cristalinas ya fue predicha por la filosofía atomista del siglo v a. e. c. en Jonia y sus colonias, antes de que se desarrollaran las técnicas experimentales de observación y análisis. La teoría atómica propuesta por Demócrito y Epicuro fue expuesta por Aristóteles, explicando que las diferencias entre los sólidos y sus propiedades eran debidas a diferencias en la figura, el orden y la posición de los elementos, que se refieren a cómo están colocados los átomos (y el vacío) en términos de contacto u orden y giro o posición relativa, de modo que la conformación de la materia se describe mediante la figura y posición de los átomos (Metafísica 985a29985b18). Así, la estructura de la realidad material quedaba explicada en términos de átomos, formas atómicas y sus disposiciones geométricas, conceptos que después han sido desarrollados ampliamente hasta la actualidad. Uno de los rasgos más característicos de los minerales es que su ordenamiento atómico es sufrientemente monótono y repetitivo durante su crecimiento hasta alcanzar tamaños con formas regulares en la macroescala, y que comúnmente se denominan cristales (Fig. 1). De hecho, los cristales naturales de los minerales pueden llegar a tener tamaños que varían desde volúmenes formados por unos pocos átomos hasta alcanzar más de 6000 m3, tal como se han encontrado en los feldespatos de las rocas pegmatíticas, esto es,

rocas ígneas formadas por cristales de gran tamaño, y por tanto formados por ordenamientos regulares del orden de 1032 átomos. Este número es suficientemente grande como para mostrar la naturaleza fundamental de las fuerzas que actúan durante fenómeno de la cristalización ordenada de los minerales. Cuando los naturalistas se dieron cuenta de la constancia de los fenómenos de la cristalización, empezaron a medir los ángulos que formaban las caras de los cristales mediante goniómetros. Esta simple técnica experimental permitió definir la primera ley de la cristalografía sobre la constancia de los ángulos entre caras cristalinas, que establece que los ángulos entre las caras cristalinas de una determinada especie son constantes, cualquiera que sea la extensión lateral de estas caras y el origen del cristal, siendo característicos de cada especie. A partir de esta evidencia del siglo xviii, mediante las medidas de muchos cristales de minerales con composiciones químicas y geometrías macroscópicas muy diferentes, emergieron los conceptos celda unidad, simetría y clases de simetría, dando lugar a idealizaciones de las formas cristalinas macroscópicas expresadas por centros de inversión, planos y ejes de simetría, que son los elementos matemáticos para describir las operaciones de simetría. A principios del siglo xx, gracias al descubrimiento de la difracción de rayos X por los cristales, se pudieron hacer medidas experimentales de las distancias atómicas regulares. Estos experimentos han permitido desarrollar el modelo de red, que es un modelo matemático cuyas características fundamentales son la periodicidad, los grupos espaciales y puntuales. Sin

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LA RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR PONE DE MANIFIESTO QUE LA CRISTALIZACIÓN SE DEBE A FUERZAS Y CONSTANTES FUNDAMENTALES DE NATURALEZA CUÁNTICA, MÁS QUE A FACTORES ESPACIALES»

embargo, la mayoría de los cristales son esencialmente heterogéneos, como demuestran los feldespatos minerales (Figs. 3 a 6). Por eso, los métodos experimentales de la difracción de rayos X tienen limitaciones relacionadas con el poder de resolución espacial del tamaño mínimo para adquirir una señal de difracción coherente. Es decir, cuando un cristal está formado por diferentes dominios a modo volúmenes cristalinos de distinta composición o grado de orden-desorden sin separaciones netas entre ellos, con tamaños menores que el volumen necesario para producir una señal coherente de difracción de rayos X, necesitamos técnicas adicionales de caracterización de la estructura local. Además, estas técnicas del espacio recíproco tienen dificultades para distinguir y/o identificar algunos de los elementos constituyentes por el fenómeno de la dispersión atómica, particularmente los de número atómico bajo. Estas limitaciones unidas con el carácter heterogéneo de los minerales y cristales, como una realidad intrínseca e insoslayable de la naturaleza, que se manifiestan en las maclas, estructuras orden-desorden y soluciones sólidas, así como a la aparición reciente de los cuasicristales (sólidos que forman cristales macroscópicos con elementos de simetría prohibidos según las leyes de la cristalografía basada en la periodicidad), implican que la descripción de las redes cristalinas mediante estructuras promedio usando las técnicas del espacio-recíproco es insuficiente. Es decir, que la estricta periodicidad de las redes cristalinas no se podría interpretar como el carácter esencial, sino más bien ser un resultado ligado a la naturaleza del experimento de la difracción por los cristales y de las funciones matemáticas utilizadas para explicarlo. La periodicidad podría ser una idealización sobre un carácter accidental más que el principio esencial del estado sólido cristalino, faltando la periodicidad en sentido estricto a la escala local en la mayoría de los cristales reales, pero no las fuerzas físicas fundamentales de naturaleza cuántica. Por eso se

hace necesario el uso de técnicas experimentales alternativas para buscar explicaciones sobre el origen del fenómeno de la cristalización mineral, como la resonancia magnética nuclear (RMN) en estado sólido, una técnica espectroscópica complementaria para realizar experimentos que den medidas cuantitativas del grado de orden atómico en los cristales, ya que esta técnica tiene una resolución a la escala local. La RMN es una técnica aparecida a mediados del siglo xx (Bloch et al., 1946), que consiste en obtener respuestas físicas de cada uno de los átomos que forman un cristal, en lugar de valores promedio, a modo de variación de valores según histogramas. Como una técnica espectroscópica, la RMN usa las transiciones de los niveles de energía de espín nuclear desdoblados en un campo magnético, y su medida mediante la interacción con radiaciones de longitud de onda del rango de las radiofrecuencias. La RMN en minerales además realiza medidas de tiempos de las dinámicas atómicas en las estructuras cristalinas. Los minerales se sitúan en altos y ultra altos campos magnéticos utilizando hilos metálicos en configuración helicoidal a modo de bobinas de materiales superconductores enfriados a temperaturas del helio líquido, pudiendo alcanzar de forma rutinaria valores de hasta 35.2 Teslas (Gan et al., 2017), haciendo girar la muestra sobre su eje hasta valores de rotación de unas 100 000 vueltas por segundo en el interior de tales campos magnéticos, al tiempo que son irradiadas con radiofrecuencias para obtener respuestas resonantes en términos de energía y tiempos de relajación. Los espectros de las energías estimuladas en los átomos cristalinos nos informan acerca de sus entornos locales en las estructuras, de modo paralelo a como lo hacen también en líquidos y otros sólidos cristalinos y no cristalinos, como se muestra en el ejemplo de la figura 2. Casi todos los elementos químicos del sistema periódico tienen al menos un isótopo que pueda ser observado por RMN. Pero no todos los isótopos

Resonancia magnética nuclear en Mineralogía

1

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2

ÓPALO AMORFO

CUARZO CRISTALINO

29Si MAS NMR (ppm)

Figura 1. Agregado cristalino de cristales de feldespato de valencianita KAlSi3O8, mina Valenciana, Guanajuato, México, de la colección del MNCN, caracterizado por caras curvas. Este ejemplar histórico ha servido para proponer que la «valencianita» podría ser considerada una especie mineral, diferente del resto de los feldespatos potásicos.

Átomos de silicio

29Si MAS NMR (ppm)

Átomos de oxígeno

Foto: Luis Sánchez-Muñoz.

Figura 2. Aspecto de dos señales cuando son estudiadas por RMN a 9.4 Teslas de campo magnético externo, usando la técnica de rotación al ángulo mágico (MAS), en SiO2 con dos grados de ordenación diferente. Los espectros son del núcleo 29Si de RMN, mostrando una señal ancha para SiO2 no-cristalino u ópalo amorfo debido al desorden de los átomos de silicio y oxígeno; y una señal estrecha para SiO2 cristalino o cuarzo debido al orden de los átomos de silicio y oxígeno, expresando los valores de la frecuencia de resonancia en unidades de partes por millón (ppm) respecto de un compuesto estándar.

se pueden estudiar con la misma facilidad, ya que, dada la proximidad de los átomos en las estructuras, se dan interacciones de naturaleza dipolar, cuadrupolar, etc., que pueden generar señales difíciles de interpretar. La RMN nos ofrece una manera alternativa de entender el estado sólido cristalino, como organizaciones poli-atómicas ordenadas en la mesoescala o ordenamiento de rango-medio, tal como se ha demostrado en los feldespatos alcalinos (Sánchez-Muñoz et al., 2013), siendo estas unas medidas inaccesibles al resto de las técnicas experimentales. La RMN pone de manifiesto que la cristalización, como aparece en los minerales, se debe a fuerzas y constantes fundamentales de naturaleza cuántica, más que a factores espaciales. La técnica se ha aplicado a diversos sólidos incluyendo: proteínas, péptidos, ingredientes farmacéuticos activos, polímeros, vidrios, catalizadores, cementos, y materiales diversos (Sánchez-Muñoz et al., 2019).

PARA SABER MÁS

Bloch, F., Hansen, W. W., & Packard, M. (1946). The nuclear induction experiment. Physical Review, 70, 474-485. Gan, Z., Hung, I., Wang, X., Paulino, J., Wu, G., Litvak, I. M., … & Cross, T. A. (2017). NMR spectroscopy up to 35.2 T using a series-conected hybrid magnet. Journal of Magnetic Resonance, 284, 125-136. Sánchez-Muñoz, L., Sanz, J., Sobrados, I., & Gan, Z. H. (2013). Medium-range order in disordered K-feldspars by multinuclear NMR. American Mineralogist, 98, 2115-2131. Sánchez-Muñoz, L., Garrido, L., Muñoz, F., & Sanz, J. (Eds.) (2019). Applications of NMR spectroscopy in the solid state. Editorial CSIC.

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

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6_1

Figura 3. Micrografía por microscopía óptica de luz transmitida usando nicoles cruzados y polarización circular λ con rotación de la platina respecto de la posición paralela, en una sección (001) del espécimen KOL-1, que es una amazonita verde de feldespato potásico KAlSi3O8 en la mina de la pegmatita Ploskaya Gora, península de Kola, Rusia. Los distintos colores presentan orientaciones cristalinas diferentes en forma de maclas racionales de microclina según la ley de la Albita y la ley de la Periclina en configuraciones «tartán», así como maclas irracionales de microclina en configuración zigzag. Figura 4. Micrografía por microscopía óptica de luz transmitida usando nicoles cruzados y polarización circular ¼ λ con rotación de la platina respecto de la posición paralela, en una sección (001) del espécimen FH1, que es un intercrecimiento pertítico de una matriz de KAlSi3O8 en variedades de ortoclasa y microclina en azul, con desmezclas de albita NaAlSi3O8 de color crema en configuraciones de tipo vena, lámina y rombos, mostrando un proceso general de coalescencia.

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Figura 5. Micrografía por microscopía óptica de luz transmitida usando nicoles cruzados y polarización circular λ en posición paralela, en una sección (001) del espécimen FH1, que es un intercrecimiento pertítico de una matriz de KAlSi3O8 en variedades de ortoclasa (en verde), y microclina en dos orientaciones (azul y rojo), con desmezclas de albita NaAlSi3O8 de color amarillo en configuraciones de tipo vena, lámina y rombos, mostrando un proceso general de coalescencia. Figura 6_1. Micrografía por microscopía óptica de luz transmitida usando nicoles cruzados en posición paralela (0º) y rotaciones de platina a derecha (ángulos positivos) e izquierdas (ángulos negativos) para observar la extinción gradual de un patrón de tipo tablero de ajedrez de microclina KAlSi3O8 en una sección (001) del espécimen GcI de la pegmatita mina Golconda III, Governador Valadares, Minas Gerais (Brasil). Figura 6_2. idem usando polarización circular λ sin rotación de la platina respecto de la posición paralela, observando en naranja los dominios que se extinguen con rotación a izquierdas y en azul los dominios que se extinguen a derechas.

Resonancia magnética nuclear en Mineralogía

 uis Sánchez-Muñoz (izda.) en el National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) de Tallahassee, L Florida, EE. UU. con el investigador Tjipto Juwono de la Universidad de Florida (dcha.). En la foto puede verse el equipo de RMN con el campo magnético externo híbrido más intenso jamás construido hasta entonces de 45 Teslas. Cuando ponen el equipo en marcha, a veces hay caídas de potencia y cortes de suministro eléctrico en la ciudad, debido a su enorme consumo de energía.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? La humanidad ha ido formando sociedades cada vez más complejas y jerárquicas, a partir de una pequeña población de cazadores-recolectores, hasta la situación actual de superpoblación multicultural, en la que unos pocos individuos de unos pocos estados controlan casi todos los recursos naturales y la justica común. Esta situación es un producto evolutivo sin planificación ni dirección alguna, a modo de deriva ciega generada mayormente por la justicia de la fuerza, la ignorancia y el engaño, y no por la convención. La ciencia practica un razonamiento común, que puede ser compartido por muchos individuos de diferente sexo, familia, raza o nacionalidad. En un mundo cada vez más pequeño, confinado e intercomunicado, la ciencia podría aportar la unidad de la diversidad con participación activa de muchos individuos diferentes, si fuese erradicada la división por intereses personales y disciplinares.

—¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? En el año 2007 visité sin avisar el National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) de Tallahassee (Florida, EE. UU.), contactando con los investigadores del centro, que me enseñaron el equipo de RMN con el campo magnético externo híbrido más intenso jamás construido hasta entonces de 45 Teslas (ver foto). Cuando ponen el equipo en marcha, a veces hay caídas de potencia y cortes de suministro eléctrico en la ciudad, debido a su enorme consumo de energía. Al día siguiente, me invitaron a dar una charla informal sobre mi investigación en feldespatos por RMN, y a raíz de esa experiencia casual he obtenido importantes resultados experimentales en colaboración con los investigadores de ese prestigioso centro.

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MATERIALES RADIACTIVOS EN LA HISTORIA DE LA TIERRA

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RAÚL BENITO Departamento de Geología, MNCN-CSIC

En 1896, Becquerel descubrió la radiación natural emitida por el uranio y dos años después Pierre y Marie Curie propusieron el término de radiactividad para describir la capacidad que tiene el uranio de emitir radiaciones y consiguieron demostrar el fenómeno en una segunda sustancia radiactiva, el torio. A continuación, aislaron dos nuevos elementos radiactivos, que denominaron polonio y radio (Radvanyi & Bordry, 1997). El estudio de la radiactividad natural y de los efectos de las radiaciones emitidas por las fuentes radiactivas permitió comprender la constitución de los átomos y justificar la clasificación periódica de los elementos. A finales del siglo xix, solo se conocían 75 elementos químicos, dos de ellos radiactivos, el uranio y el torio. A los cien años del descubrimiento de la radiactividad, los elementos conocidos eran 81 estables y 31 radiactivos o radionucleidos. La radiactividad o desintegración nuclear es el proceso por el cual un núcleo atómico inestable pierde energía mediante la emisión de radiación, que puede ser de tres tipos. La radiación alfa se produce cuando un núcleo atómico inestable emite una partícula α, un núcleo de helio con dos protones y dos neutrones. La radiación beta tiene lugar cuando un neutrón eléctricamente neutro emite un electrón negativo (que es la partícula β) y en el proceso se convierte en un protón positivo. Los rayos gamma (ϒ)

Castellfollit de la Roca en la Garrocha, Gerona. Foto: Severin.stalder, CC BY-SA 4.0.

son radiación electromagnética, que se crea cuando un núcleo pierde energía sin sufrir cambios estructurales (Fig. 1). El estudio de estos tres tipos de emisiones y los experimentos con las familias radiactivas naturales del uranio y el torio, permitieron establecer el concepto de isotopía. En 1913, Soddy demostró que, cuando un átomo emitía una partícula alfa, se transformaba en un elemento que ocupaba dos lugares más abajo en la lista de elementos, y que cuando emitía una partícula beta, ocupaba el lugar inmediatamente superior. Dio el nombre de isótopos a todos los miembros de una familia de sustancias que ocupaban el mismo lugar en la tabla periódica. Hoy se sabe que cada elemento puede definirse por el número de protones de su núcleo, que equivale al número atómico. Todos los elementos, excepto el hidrógeno, también tienen neutrones en el núcleo. El número másico de un nucleido es la suma de sus protones y neutrones (Fig. 2), denominados bajo el término general de nucleones a partir de 1941. La estructura nuclear conlleva una clasificación adicional de los nucleidos: los que tienen un número igual de protones son isótopos; los que tienen un número igual de neutrones son isótonos; y los que tienen un número igual de nucleones (iguales números másicos) son isóbaros. La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio a nivel de átomos individuales, siendo imposible predecir cuándo se desintegrará un átomo en particular. Sin embargo, cada especie radiactiva tiene una tasa de desintegración y, para un conjunto de

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

«LA RADIACTIVIDAD HA TENIDO IMPORTANTES IMPLICACIONES EN LA FORMACIÓN DE LAS CAPAS DE LA TIERRA»

átomos grande, es posible predecir con gran exactitud qué proporción de los mismos se descompondrá en una unidad de tiempo dada. El tiempo que tardan la mitad de los átomos originales de un isótopo en desintegrarse se llama vida media (término introducido por Rutherford en 1904) (Fig. 3). La vida media del 238U es 4470 millones de años. Por tanto, no es sorprendente que subsista todavía en el universo pese a la desintegración de sus átomos. Se requiere un período seis veces mayor que la vida media para reducir una cantidad determinada de nucleidos radiactivos hasta el 1 % del total original. Cuando hayan transcurrido 30 000 millones de años más, quedará todavía 1 kg de uranio por cada tonelada existente hoy en día en la corteza terrestre. Hasta principios del siglo xx las opiniones sobre la edad de la Tierra diferían considerablemente: los físicos eran partidarios de una longitud de vida corta (menos de 18 millones de años), mientras que los geólogos y biólogos se inclinaban por una vida larga (cientos de millones de años). El primero en aplicar la recién descubierta radiactividad para medir las edades de minerales fue Rutherford en 1905, obteniendo una edad superior a los 500 de millones de años mediante el método U-He. En 1927, Holmes sugirió que la edad de la Tierra estaría entre los 1600 y los 3000 millones de años basándose en estimaciones de la cantidad total de uranio y plomo en la corteza terrestre. La primera determinación precisa de la edad de la Tierra y los meteoritos la efectuó Patterson (1956) mediante los isótopos del plomo, productos finales estables de las respectivas series de desintegración radiactiva (Fig. 4). Según esas determinaciones, la edad de la Tierra era de unos 4550 millones de años, valor que Rudge (2010) reduce a 4467 millones de años mediante datación basada en el decaimiento de 182Hf en 182W. La radiactividad ha tenido importantes implicaciones en la formación de las capas de la Tierra. Las

sustancias radiactivas de la Tierra (uranio, torio y potasio, principalmente) producirían grandes cantidades de calor al desintegrarse a lo largo de las edades geológicas. Durante las primeras fases, cuando la materia radiactiva era mucho más abundante que ahora, la radiactividad pudo proporcionar el calor suficiente para licuar la Tierra o partes de la misma y colaborar en la segregación manto-núcleo. Además, en cuanto a la formación de la corteza terrestre hay que decir que la radiactividad origina la mayoría de la energía interna de la Tierra, que produce a su vez los volcanes y los terremotos. Para su aplicación en geoquímica, los isótopos se subdividen en radiogénicos y estables. Los radiogénicos incluyen aquellos isótopos que se desintegran espontáneamente debido a su naturaleza radiactiva y los que son productos finales de tal esquema de desintegración. Incluyen pares de elementos padre-hijo como Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb, Th-Pb y K-Ar y se expresan como relaciones mejor que en términos absolutos, por ejemplo 87Sr/86Sr o relativos a un standard (notación ε) (López Ruiz & Cebriá, 1990) (Fig. 5). Los isótopos radiogénicos, además de permitir determinar la edad de rocas y minerales (geocronología), se han usado en estudios petrogenéticos para identificar procesos geológicos y las fuentes de los magmas (geología o geoquímica isotópica). El desarrollo de esta rama de la geoquímica durante las últimas décadas ha sido rápido y emocionante. El uso de los isótopos radiogénicos como trazadores de los procesos petrogenéticos, ha permitido a los geoquímicos visualizar el interior de la Tierra, algo que previamente estaba restringido al dominio de los geofísicos. Los resultados de tales estudios han conducido a importantes condicionantes geoquímicos sobre la naturaleza de la corteza continental y el manto de la Tierra, que ahora pueden combinarse con nuestro conocimiento físico de estas regiones para ayudar a mejorar y unificar los modelos químico-físicos del interior de la Tierra.

Materiales radiactivos en la historia de la Tierra

Figura 1. Los tres tipos de radiactividad: alfa, beta y gamma.

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1

ϒ α

Figura 2. Los tres isótopos del uranio: 234U, 235U y 238U.

Figura 4. Datación mediante la isócrona Pb-Pb (de Paterson, 1956). Figura 5. Metasomatismo del manto por fluidos derivados de sedimentos, fusión parcial y contaminación cortical en las rocas volcánicas de El Hoyazo (diamantes), Mar Menor (cruces) y Vera (triángulos) (Benito & Martínez Frías, 2014).

PLACA POSITIVA

PLACA NEGATIVA

Figura 3. Vidas medias de algunos isótopos radiactivos.

β

Cámara de plomo

Fuente radioactiva

2

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Isótopos del Uranio

Símbolo químico

Z = número protones

Número electrones

Número neutrones

A= protones + neutrones

U-234

234 U 92

92

92

142

234

0.0054 %

U-235

235 U 92

92

92

143

235

0.7204 %

U-238

238 U 92

92

92

146

238

99.2742 %

Abundancia

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UN PLANETA DE 4000 MILLONES DE AÑOS

La aplicación conjunta de los datos de elementos mayores y traza con las composiciones de los isótopos radiogénicos y estables del volcanismo cenozoico bérico (noreste, centro y sureste de España y golfo de Valencia), ha permitido establecer los procesos geoquímicos que han intervenido en su génesis (Benito & Martínez Frías, 2014). PARA SABER MÁS

Benito, R., & Martínez Frías, J. (2014). Mathematical modelling of geochemical processes applied to Cenozoic Iberian volcanic: A review. En E. Pardo-Igúzquiza, C. Guardiola-Albert, J. Heredia, L MorenoMerino, J. J. Durán & J. A. Vargas-Guzmán (Eds.), Mathematics of Planet Earth. Proceedings of the 15th Annual Conference of the International Association for Mathematical Geosciences (pp. 823-826). Springer. López Ruiz, J., & Cebriá, J. M. (1990). Geoquímica de los procesos magmáticos. Rueda.

Patterson, C. (1956). Age of meteorites and the Earth. Geochim. Cosmochim. Acta, 10, 230-237. Radvanyi, P., & Bordry, M. (1997). El descubrimiento de la radiactividad. Investigación y Ciencia Temas, 9, 4-12. Rudge, J. F.; Kleine, T., & Bourdon, B. (2010). Broad bounds on Earth accretion and core formation constrained by geochemical models. Nature Geoscience, 3, 439-443.

REFLEXIONES —¿Qué nos aporta la ciencia? El descubrimiento de la radiactividad constituye una gran conquista para la humanidad y ha sido responsable del desarrollo de la ciencia durante el siglo xx, provocando la mayor revolución científica y tecnológica en la historia del hombre. —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Mi formación en geoquímica me ha permitido conocer la composición de los minerales y la

formación de los yacimientos minerales y las rocas, que desde pequeño me han fascinado. Además de admirar su belleza, estudiar sus propiedades y su utilidad, vislumbrar los procesos mediante los que se han generado me proporciona emociones satisfactorias. Las salidas de campo (en especial al SE de España) despertaron mi interés por los volcanes y las rocas volcánicas, que muchas veces están relacionadas con los fluidos mineralizantes. Adicionalmente, es apasionante conocer en profundidad el nacimiento de nuestro planeta, su evolución geológica, su presente y su futuro.

Materiales radiactivos en la historia de la Tierra

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Figura 6. Cerro del Hoyazo, Níjar, Almería. Foto: Diego.Duis.6, CC BY-SA 3.0.

Figura 7. Granate incrustado, Cerro de El Hozayo, Níjar. Foto: ^ozo^, CC BY 3.0.

Figura 8. Volcán de Santa Margarita en la Garrocha, Gerona. Foto: Carquinyol, CC BY-SA 2.0.

Figura 9. Isla Perdiguera, una isla volcánica del Mar Menor, Murcia. Foto: Nanosanchez, CC-BY-SA-4.0.

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LA CIENCIA, UNA DIOSA DESTRUCTORA

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JOSÉ PABLO VEIGA Departamento de Ecología Evolutiva, MNCN-CSIC

¿Qué es la ciencia? Difícil pregunta. Seguramente hay tantas definiciones como científicos, e incluso muchas personas que no ejercen como tales tendrán su propia concepción de lo que la ciencia es y representa, todas válidas y convincentes, ¿por qué no? Al dar mi punto de vista en las líneas que siguen, nada más lejos de mi intención que ser dogmático, ni siquiera pretendo ser académico; simplemente doy a conocer mi opinión, una más, una reflexión rápida, tal vez no muy alejada de la de muchos otros, pero compartiendo nos hacemos más sabios, …o deberíamos. Hace unos miles de años, la industria lítica humana, las piedras talladas con la que hombres y mujeres cortaban la carne de sus presas, se mantuvo inmutable durante mucho tiempo. Cada individuo se limitaba a copiar el procedimiento utilizado por los demás sin plantearse si podría haber un procedimiento para fabricar útiles más eficaces. Hasta que alguien, tal vez portador de una mutación que le hacía inquisitivo y transgresor, golpeó el núcleo de sílex de una manera  n milano real sobrevuela un pequeño valle U del Pirineo oscense en busca de alimento. La ecología de las rapaces ha sido una constante en nuestra trayectoria científica durante casi 45 años. Se inició con una tesis doctoral en el escenario de la sierra de Guadarrama y continuó en la reserva biológica de Doñana. Tras un prolongado paréntesis, estamos estudiando los factores geobotánicos y antropógenos que afectan la distribución de las rapaces diurnas en el Pirineo central. Foto: José Pablo Veiga.

diferente hasta conseguir un hacha más cortante y más cómoda de manejar. Ese individuo llevaba en sus genes el espíritu de la ciencia, y sus atribuciones innovadoras bien podrían habrían sido la consecuencia evolutiva de la selección natural si le permitieron a él o a su grupo ganar la batalla de la supervivencia frente a otros con un espíritu inmovilista y reaccionario. Si tuviera que definir la ciencia con una sola palabra elegiría «destrucción». Igual que la diosa Shiva de la mitología hinduista tiene que destruir el mundo para que otras fuerzas creadoras desempeñen su papel, la ciencia tiene que desmantelar hipótesis y teorías para crear las condiciones que permiten el surgimiento de nuevos paradigmas y revoluciones ideológicas. La ciencia representa la fuerza de la oposición, la resistencia a la tiranía de lo establecido y de lo convencional, la permanente desconfianza de lo que se asume como verdadero e inmutable. Antes de perseguir una certeza argumental, la ciencia se hace fuerte en el recelo, la duda y la transgresión del pensamiento acomodado. Paradójicamente, las nuevas propuestas que surjan después de echar abajo lo construido por otros serán a su vez inexorablemente cuestionadas y seguramente abolidas total o parcialmente por nuevos adalides que considerarán obsoleto o trasnochado el pensamiento que sus predecesores habían calificado como osado y renovador. Esta dinámica implacable en contra del statu quo dibuja un escenario surrealista en el que nada parece ser verdad (al menos no del todo) si cada postulado, cada hipótesis, cada teoría es aniquilada por otra recién nacida en una espiral que no parece poder tener

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MUSEO NACIONAL DE CIENCIAS NATURALES. NUESTRA INVESTIGACIÓN AL ALCANCE DE TU MANO

«LA CIENCIA REPRESENTA LA FUERZA DE LA OPOSICIÓN, LA RESISTENCIA A LA TIRANÍA DE LO ESTABLECIDO Y DE LO CONVENCIONAL, LA PERMANENTE DESCONFIANZA DE LO QUE SE ASUME COMO VERDADERO E INMUTABLE» un final. ¿Acaso la ciencia es incapaz de desvelar esa realidad oculta de la que habla el astrofísico Brian Greene? ¿O es que esa realidad es solo una creación de nuestro cerebro cuyo único significado es permitirnos aumentar nuestras probabilidades de supervivencia y replicar más activamente nuestro ADN? Tal vez nunca lleguemos a saberlo. Pero ¿debería la ciencia detenerse por ello? La ciencia es necesariamente elitista y solo admite dentro de su ámbito aquellas proposiciones que son falsables y por tanto que versan sobre la experiencia y admiten una demostración empírica. Incluso modelos verbales o matemáticos tienen que poder ser verificados. Algunos astrofísicos (la punta de lanza de la investigación holística) han negado el carácter de ciencia a modelos que, por definición, son no verificables de forma empírica. ¿Cómo se puede comprobar la existencia de universos paralelos si no tenemos acceso a ellos? Pero no todos piensan igual. Quién iba a decir a los primeros defensores de las teorías corpusculares sobre la composición de la materia que pocos años después, no solo se demostraría la existencia de los átomos, sino que se capturaría la elusiva y mítica partícula de Dios, el bosón de Higgs. Así que si hay duda hay ciencia y esta puede seguir expandiendo su radio de influencia invadiendo territorios que hace no mucho eran predio exclusivo de los filósofos. Un cambio en el enfoque de un problema llevará aparejado un cambio tecnológico con más frecuencia que una postura estática y aquiescente. Pero cuidado, no confundamos ciencia y tecnología. La tecnología es el efecto colateral de un planteamiento iconoclasta, del desacuerdo de una mente rebelde, de una postura indómita frente al conformismo con lo que ya se sabe y se posee, en definitiva, de un posicionamiento científico. Ciencia y tecnología avanzan sin embargo en un do ut des, se asocian en simbiosis progresando la una gracias a la otra y viceversa. Los logros a los que en concierto nos pueden conducir son asombrosos,

no hace falta mencionar ejemplos. Pero tenemos que estar alerta, dos peligros inminentes se ciernen sobre ellas. En los últimos tiempos el afán productivista del modelo económico imperante en el mundo occidental, el mismo que ascendió a la ciencia a los altares, está sesgando las inversiones hacia lo que llamamos ciencia aplicada (aquella que busca progreso tecnológico per se) en detrimento de la ciencia pura o básica, que no busca resultados prácticos, sino avanzar en el conocimiento. La tecnología no puede progresar sin el motor impulsor de la ciencia filantrópica. Si cerramos el grifo a la ciencia básica, si bloqueamos la fuerza contestataria y creadora de los jóvenes encauzándolos hacia proyectos que buscan rédito a corto plazo, estaremos matando la gallina de los huevos de oro. El segundo peligro al que me refería es más grave. Algunos matemáticos han construido modelos muy robustos sobre la base de la medición de la tasa de destrucción de los recursos forestales del planeta que pronostican el final de la especie o la civilización humana en solo unos decenios. Ese deterioro exponencial de la cubierta forestal es el problema de fondo, que algunos sectores del poder político y económico quieren ocultar detrás de la cortina de humo del tan traído y llevado cambio climático. Desgraciadamente ya existen ejemplos de esta dinámica devastadora, como es el de la extinción de la cultura isleña de Rapa Nui. El modelo, según sus autores, no hace distingos entre lo que puede ocurrir a escala de una pequeña isla o a escala planetaria. Esa hipótesis es ciencia porque es falsable. El problema es que cuando quisiésemos comprobar la veracidad del modelo, sus predicciones, caso de ser correcto, se habrían cumplido y no quedaría ningún científico para dar fe. Si somos sabios, como reza la designación binomial –un tanto petulante– de nuestra especie, haríamos bien en ser más conservadores de la cultura y promotores del conocimiento en lugar de depredadores de recursos y mecenas de tecnologías destructoras. Tal vez solo así podremos seguir haciendo ciencia.

La ciencia, una diosa destructora

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Las cajas-nido han sido una de las principales herramientas de nuestra investigación, tanto en España como en Kenia y Tanzania. Habitualmente son ocupadas por aves, pero en África, grupos muy variados de insectos y vertebrados pueden utilizarlas como refugio o como lugar de reproducción. Figura 1_1. Grupo de gálagos durmiendo dentro de una caja-nido en una sabana de Kenia. Figura 1_2. Avispa en su nido con una presa capturada y mantenida viva para alimentar a las larvas. Figura 1_3. El equipo de investigación instalando una caja-nido en la reserva nacional de Samburu, Kenia. Fotos: Vicente Polo, Wanyoike Wamiti y José Pablo Veiga.

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Las coloraciones de los reptiles y su relación con la producción de hormonas y con el sistema inmune fueron objeto de nuestra investigación en España y en México.

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Figura 2_1. Capturando reptiles en los desiertos y selvas de México. Figura 2_2. Selva baja caducifolia en la península de Baja California. Fotos: Alfredo Salvador y José Pablo Veiga.

Figura 3. Trabajando en el parque regional de la cuenca alta del Manzanares: un investigador prepara el material para el radiorastreo de estorninos. Desde 1995 venimos realizando estudios sobre diferentes aspectos de la biología de reproducción del estornino negro. Las estrategias de emparejamiento, la filopatria, el comportamiento de cortejo, el adorno de los nidos o la interacción entre el sistema hormonal y el comportamiento reproductor han sido algunas de las líneas de investigación que todavía están en marcha. Foto: Vicente Polo. Figura 4. Un alto en el control de cajas-nido para tomar una foto en una selva del parque nacional del Monte Kenia. Lo que empezó siendo un intento de hacer una aproximación comparada al comportamiento de estorninos (familia Sturnidae) africanos, terminó siendo un estudio de las relaciones interfiléticas en el uso de oquedades en los árboles. La colaboración de nuestros colegas del National Museums of Kenya, de los rangers del Kenya Wildlife Service y de los ayudantes de campo fueron fundamentales para poder trabajar en situaciones que a menudo fueron difíciles y complejas.

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Foto: Vicente Polo.

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REFLEXIONES —¿Qué es lo más emocionante de tu carrera como investigador? Cuando tenía 18 años, una de mis primeras lecturas como biólogo en ciernes fue un libro de José Antonio Valverde sobre los vertebrados de Doñana. La emoción que me produjo fue tan profunda que nada más dar la vuelta, muy a mi pesar, a la última página, me fijé como primer objetivo de mi futura trayectoria científica investigar en Doñana. El entusiasmo juvenil actuó como una pócima mágica que me impedía ser consciente de las dificultades que en aquel momento, y también en el actual, tenía el ejercer como profesional de la ciencia en este país. Y sin embargo, unos años más tarde me encontraba bajando del autobús que me había dejado enfrente del control de la barrera que impedía el acceso a la reserva biológica de Doñana, excepto a unos pocos privilegiados. Yo era uno de ellos y 40 años después todavía se me eriza el vello cuando la veleidosa memoria saca de su oculto almacén la información que

trae de nuevo a mi consciencia las sensaciones y las endorfinas de aquel momento. Tuvieron que pasar veinticinco años para que el recodo de un polvoriento camino que se acercaba a la reserva de Amboseli me regalase con la visión del primer elefante que veía en libertad y volviera a sentir con la misma intensidad que en las puertas de Doñana la emoción de ser investigador, esta vez en mi segunda ensoñación: África. Ahora, cuando me quedan pocos años para que me jubilen (uso la tercera persona intencionadamente) y pese a que los mayores de 60 años hemos sido recientemente relegados, al amparo del eufemismo, a grupo «especialmente vulnerable» que haría bien en adscribirse a la epifanía del «quédate en casa», todavía espero un tercer momento de química brutal sacudiendo mi cerebro de zoólogo empedernido. La edad aúpa al investigador a una altura que le permite ver con mayor perspectiva que al joven inquisitivo y particularista. Desde ahí barrunto que ese momento llegará a ser parte de mi historia personal.

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Autores Aida Verdes Alfonso V. Carrascosa Ana I. Camacho Ana Rey Anabel Perdices, Belén Martínez Olmedo y Annie Machordom Andrés Bravo-Oviedo, Elena D. Concepción, Fernando Valladares y Raquel Benavides Annie Machordom, Violeta López-Márquez e Iván Acevedo Antonio G. Valdecasas Antonio Rosas González Asunción de los Ríos Borja Milá Caridad Zazo, Javier Lario, Teresa Bardají y Jose Luis Goy Carlos Alonso Álvarez Carmen Ascaso Carolina Martín Albaladejo Carolina Noreña David R. Vieites Diego Gil Eduardo Roldán Fernando Garrido Fernando Valladares Gerardo Benito y Varyl R. Thorndycraft Gonzalo Almendros, Fco. Javier González-Vila, José A. González-Pérez y José María de la Rosa Ignacio De la Riva Ignacio Doadrio y Gema Solís Íñigo Martínez-Solano Ismael Galván Jacek Wierzchos Jaime Bosch Jan van der Made Javier García Guinea Joaquín Hortal Jorge M. Lobo Jorge Morales José Javier Cuervo y Anders Pape Møller

José Luis Nieves Aldrey José Pablo Veiga José Templado Juan Antonio Fargallo Juan Carlos Alonso Juan José Sanz Cid Luis Boto, Manuel Pineda y Rafael Pineda Luis M. Bautista y Paula Bolívar Luis María Carrascal Luis Sánchez-Muñoz María Ángeles Bustillo Manuel J. Salesa, Gema Siliceo y Mauricio Antón María Ángeles Ramos y Manuel Sánchez Ruiz María José Jiménez y Mariano García Fernández María Teresa Alberdi y José Luis Prado María Teresa Aparicio Alonso y Esteban Álvarez-Fernández María Valladolid Mario Díaz Mario García París Markus Bastir Marta Barluenga Miguel B. Araújo Óscar Soriano Pablo Peláez-Campomanes Patrick S. Fitze Rafael Márquez Rafael Zardoya y Manuel Jiménez Tenorio Raúl Benito Robert J. Wilson, Mario Mingarro, Guim Ursul, Juan Pablo Cancela y Mercedes París Salvador Sánchez-Carrillo y Miguel Álvarez Cobelas Santiago Merino Rodríguez Sergio Sánchez-Moral, Soledad Cuezva Robleño, Ángel Fernández-Cortés, Tamara Martín-Pozas y Naomi Seijas Morales

Reservados todos los derechos por la legislación en materia de Propiedad Intelectual. Ni la totalidad ni parte de este libro, incluido el diseño de la cubierta, puede reproducirse, almacenarse o transmitirse en manera alguna por medio ya sea electrónico, químico, óptico, informático, de grabación o de fotocopia, sin permiso previo por escrito de la editorial. Las noticias, los asertos y las opiniones contenidos en esta obra son de la exclusiva responsabilidad del autor o autores. La editorial, por su parte, solo se hace responsable del interés científico de sus publicaciones.

Catálogo general de publicaciones oficiales: http://publicacionesoficiales.boe.es/

Coordinación: Cristina Cánovas Fernández. © De la edición: Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC), 2021. © De los textos, las ilustraciones y fotografías: sus autores. Agradecimientos: Luis Martínez Ros, Xiomara Cantera y Antonio G. Valdecasas. ISBN: 978-84-00-10928-8 e-ISBN: 978-84-00-10929-5 NIPO: 833-21-211-3 e-NIPO: 833-21-214-X Depósito Legal: M-34488-2021 Diseño y Maquetación: Tau diseño. www.taudesign.com Impresión: Punto Verde Impreso en España. Printed in Spain En esta edición se ha utilizado papel ecológico sometido a un proceso de blanqueado ECF, cuya fibra procede de bosques gestionados de forma sostenible.

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En un momento en el que un virus ha detenido el mundo, es la imparable ciencia la que nos está devolviendo el movimiento, la vida. Este libro pretende recopilar una gran parte de la investigación que se realiza en el Museo Nacional de Ciencias Naturales como un homenaje a sus 250 años de historia. Más de 100 personas dedicadas a la investigación han participado en la elaboración de estos capítulos, con los que el lector podrá asomarse a una buena parte del planeta vivo y la gea que lo soporta: el cambio climático, el sonido y color de los animales, la biología en 3D, los meteoritos o los últimos refugios de vida en el desierto de Atacama son solo algunos ejemplos de la investigación tan fascinante que se realiza en este Museo.