La selección natural por sí sola puede explicar la eusocialidad

La selección natural por sí sola puede explicar la eusocialidad

Hace que insectos como las hormigas, avispas o abejas cooperen en primavera


Un grupo de científicos de la Universidad de Harvard (EEUU) ha dibujado un nuevo mapa del "laberinto evolutivo" que algunas especies tienen que superar para llegar a la ‘eusocialidad’, una rara pero espectacular estructura social que hace que insectos como las hormigas, avispas o abejas cooperen en primavera.



La biomasa de las hormigas compone más de la mitad de todos los insectos. Foto: Gustavo Durán. SINC
La biomasa de las hormigas compone más de la mitad de todos los insectos. Foto: Gustavo Durán. SINC
a eusocialidad es la estructura social de cooperación que existe en muchas de las especies dominantes de la Tierra como las hormigas, avispas o abejas. Una investigación de la Universidad de Harvard (EEUU), que se publica en el último número de la revista Nature, aborda las limitaciones que existen dentro de la teoría de la selección de parentesco para explicar esta forma de organización social. Esta hipótesis está vigente desde 1960, señala la citada universidad en un comunicado que ha sido traducido por SINC.

Según los biólogos matemáticos Martin A. Nowak y Corina E. Tarnita y el biólogo evolucionista Edward O. Wilson, de la Universidad de Harvard, su investigación demuestra que la teoría de la selección natural por sí sola puede explicar la evolución del comportamiento eusocial, sin necesidad de recurrir a la teoría de selección de parentesco.

"La evidencia empírica recogida en nuestro trabajo demuestra que la eusocialidad es muy rara porque las especies deben navegar por un ‘laberinto evolutivo’ muy largo para alcanzar este estado", explica Wilson. "Esperamos que nuestra nueva teoría de la evolución de eusocialidad abra la sociobiología a nuevas vías de investigación, al liberar el estudio de la evolución social de su obligatoria adhesión a la teoría de la selección de parentesco. Después de cuatro décadas es hora de reconocer el limitado valor de esta teoría."

La teoría de la “aptitud inclusiva” no siempre es aplicable

Los organismos eusociales, como las hormigas, avispas y abejas, tienen un sistema social de organización jerárquico con reinas reproductivas y obreras estériles. Esto supone que muchos individuos sacrifican su propia reproducción para cuidar a los hijos de otros. Durante cuatro décadas la teoría de la selección familiar, basada en el concepto de aptitud inclusiva ha sido el intento teórico más importante para explicar la evolución de dicha conducta.

Según los científicos, la teoría de la aptitud inclusiva siempre ha presumido de ser una aproximación centrada en los genes, pero en su lugar está centrada en las trabajadoras: pone a la trabajadora en el punto de atención y se pregunta por qué la trabajadora se comporta de forma altruista y cría a las crías de otros individuos.

“En algunas ocasiones, la aptitud inclusiva, aptitud por la cual los individuos confieren a aumentar la supervivencia de las crías de sus seres cercanos, es una aproximación alternativa que encaja bien con la aptitud directa de selección natural estándar. Pero no es aplicable en general”, apunta el estudio.

Un modelo matemático para explicar la evolución

“Mediante la formulación de un modelo matemático de genética de la población y estructura familiar, vemos que no existe necesidad de la teoría de aptitud inclusiva. No existe el altruismo paradójico, una matriz de recompensa ni ningún juego de la evolución. Una aproximación centrada en los genes para la evolución de la eusocialidad hace de la aptitud inclusiva una teoría innecesaria”, explican los expertos.

“La teoría de selección natural estándar en el contexto de modelos concretos de estructuras de poblaciones representa una aproximación más simple y superior. Permite la evaluación de múltiples hipótesis que están compitiendo y ofrece un marco exacto para interpretar las observaciones empíricas", declara Nowak.

Poco común y de especies dominantes

“La eusocialidad es rara pero importante en la biología evolutiva, porque las pocas especies que se adhieren a ella - incluidos los insectos sociales y, en cierta medida, los seres humanos - se encuentran entre los más dominantes del planeta”, explica el trabajo.

La biomasa de las hormigas compone más de la mitad de todos los insectos, y es superior a la de todos los vertebrados terrestres no humanos combinados. Los seres humanos, que son una forma eusocial más libre, dominan a los vertebrados terrestres.

Organización ecológica en el Cámbrico

Organización ecológica en el Cámbrico

Área: Ecología, Paleontología — Jueves, 8 de Mayo de 2008

Los ecosistemas del Cámbrico tenían una organización muy similar a la que tienen los ecosistemas modernos.

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El dibujo representa a un superdepredador de la época, Anomalocaris, persiguiendo una presa, un trilobites Olenoides. Las flechas indican sus posiciones en el grafo. Foto: Sam Gon III de www.trilobites.info.

¿Fue el mundo Cámbrico tan complejo como el actual desde un punto de vista ecológico aunque las especies que lo poblaron sean muy distintas a las actuales? Según un estudio reciente, que ha conseguido reconstruir los detalles de la red alimentaria de la época, la ecología de aquel entonces es muy moderna. El estudio sugiere que las relaciones tróficas de esas criaturas marinas de hace 500 millones de años eran extraordinariamente similares a las actuales.
La red alimentaria o trófica representa las interacciones de alimentación entre las distintas especies de un hábitat. Es como la cadena alimentaria sólo que más compleja y realista. Puede ser representada por un grafo. El descubrimiento de las regularidades fuertes y duraderas en las que las redes se organizan puede ayudar a entender la historia de la evolución de la vida y podría proporcionar un mejor entendimiento de la ecología moderna, tal que por ejemplo cómo responderán a las extinciones e invasiones los ecosistemas.
Un equipo multidisplicinar de científicos de diversas instituciones dirigidos por la ecóloga Jennifer Dunne del Instituto Santa Fe estudiaron las redes tróficas de las criaturas marinas del Cámbrico disponibles en el registro fósil. En esa época hubo una explosión de vida compleja en la que surgieron multitud de planes corporales a partir de los cuales evolucionaron casi todas las formas de vida animal conocidas. Entre ellos también había extrañas criaturas que terminaron extinguiéndose.
Estos científicos desarrollaron un software que reconstruye en tres dimensiones las redes tróficas y las representa en forma de grafos para su ulterior análisis y visualización (ver fotos).
Recopilaron datos de fósiles de hace 505 millones de años encontrados en Burgess Shale (Canadá) así como otros de hace 520 millones de años de Chengjiang Shale (China). Ambos yacimientos son únicos porque presentan fósiles exquisitamente bien conservados, incluso de animales de cuerpo blando, de una gran variedad de animales.
Determinaron quien se comía a quien basándose en una variedad de pistas e indicadores, como ocasionalmente el contenido fosilizado del aparato digestivo de los depredadores. Aunque la mayoría de las veces infirieron esto mismo basándose de las partes anatómicas que tenían los fósiles, como garras, grandes ojos, bocas dentadas, etc. Así por ejemplo, Anomalocaris canadensis, un animal inusual sin descendientes modernos, era un formidable depredador de trilobites y otros artrópodos, ya que además de los rasgos anatómicos enumerados anteriormente dejaba sobre los cuerpos de sus víctimas las marcas características de sus mordiscos. Algunas de estas víctimas se fosilizaron y han llegado hasta nosotros para ser estudiadas.
Es muy interesante que se puedan inferir relaciones ecológicas a partir de restos fósiles.
Para comparar la organización cámbrica con los modernos ecosistemas, el equipo de científicos usó métodos para el estudio de la estructura de la red que incluía nuevas aproximaciones a la hora de analizar incertidumbres en los datos fósiles. Su representación en forma de grafo se puede ver a continuación:

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Los vértices del grafo (las esferas) representan especies o grupos de especies y las aristas (líneas) entre ellos muestran la relación de alimentación. Se representan para los dos yacimientos fósiles del Cámbrico considerados. Muchos aspectos de la estructura de esta red ecológica son similares a la arquitectura de las modernas redes de alimentación. Foto: N. D. Martinez, R. J. Williams.

Aunque los paleontólogos siempre han sabido que las redes tróficas son importantes, carecían de un método riguroso de estudio de las mismas para tiempos remotos.
En este trabajo han mostrado que se puede reconstruir una red alimentaria antigua y que se puede comparar con las modernas, abriendo nuevos caminos en Paleoecología.
Estos investigadores se vieron sorprendidos al ver que la mayor parte de la estructura básica de la red trófica parece que terminó siendo estable durante la fase inicial de la explosión del Cámbrico.
La red trófica cámbrica comparte muchas similitudes con las modernas redes, como por ejemplo se podría citar que tienen el mismo número de especies que son omnívoras o caníbales, o la misma distribución de cuántos tipos de presas tiene cada especie predadora. Semejantes regularidades (y sus diferencias) se hacen evidentes sólo cuando se considera la variación en el número de especies y las relaciones dentro de la red.
Aunque también hay algunas diferencias respecto a las redes modernas, particularmente en los datos procedentes de Chengjiang Shale, en general no importa qué especies, qué ambiente o qué historia evolutiva se tenga, uno al final verá los mismos patrones alimenticios en la red de turno.
Lo que los investigadores desconocen es por qué las redes tróficas de diferentes hábitats y separadas por una inmensa distancia temporal comparten estas regularidades y similitudes. Podría ser que la evolución de las especies, dentro de una comunidad ecológica, termine llegando a un nivel determinado donde se tienen siempre los mismos patrones. Esto se podría deber, por ejemplo, a la limitación del número de especies por los depredadores a través de una presión de selección que resulte en extinciones. O quizás los patrones podrían reflejar una configuración dinámicamente consistente de especies interactuantes, o quizás podría deberse a limitaciones físicas en cómo los recursos fluyen a través de la red ecológica.
Responder a estas cuestiones abrirá un nuevo campo en la intersección entre Ecología, Evolución y Física que podría proporcionar una perspectiva valiosa para la Ecología de hoy en día. Según uno de los investigadores, este estudio sería un excelente ejemplo de cómo los métodos computacionales pueden ser usados como parte de un estudio interdisciplinar para ayudar a la obtención de resultados novedosos. Gracias a saber mejor cómo funcionaban los ecosistemas del pasado quizás podamos comprender y mitigar lo que está pasando y pasará en los ecosistemas del presente y del futuro.

Fuentes y referencias:
Santa Fe Institute.
Nota en Eureka Alert.
Compilation and Network Analyses of Cambrian Food Webs (abierto).

Libro: “La vida maravillosa” de Stephen J. Gould.

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Kevin Kelly sobre la evolución de la tecnología



Un excelente ejemplo de cladistica aplicada a la tecnologia, una muestra mas que el evolutionary management es un excelente esquema para favorece la innovacion.

Nicholas Christakis: La influencia oculta de las redes sociales



Impresionante video que explica como las redes sociales nos influencian a muchos niveles, en mi opinion se trata de un tipo de transmicion memetica, pero dejo que saquen ustedes sus propias concluciones:


FOXP2, Neuronas Espejo y gestos manuales y faciales: las claves para el lenguaje humano.

http://sapereaudere.blogspot.com/2008/03/foxp2-neuronas-espejo-y-gestos-manuales.html













Durante el Ciclo de Conferencias 2008: Darwin y Wallace, todavia en curso, el pasado dia 6 de marzo estuvo invitado a dar la charla correspondiente el linguista de origen vasco y profesor de la Universidad de Maryland, Juan Uriagereka.
Su charla fue fascinante, no solo por la claridad expositiva de un tema dificil y controvertido, el origen evolutivo del lenguaje, sino porque ademas este autor es un contribuyente reconocido al progreso en el entendimiento sobre nuestra facultad del lenguaje.
Su charla estuvo centrada, sobre la base introductoria de un recordatorio historico de anecdotas sobre la concepcion arcaica de la evolucion de las especies concebida a partir de cruces de especies existentes, en un gen llamado FOXP2, que se sabe por un estudio minucioso en una familia con desordenes en la produccion del lenguaje y defectos gramaticales (la familia KE)que su mutacion puede estar en el origen de los desordenes especificos del lenguaje que esta familia sufre y que otras personas pueden desarrollar.
Como en muchas ocasiones la ciencia aplicada, para establecer juicios y extraer relaciones causales entre varibales, analiza comparativamente el comportamiento de personas sanas y personas con deficits.
Para el caso del estudio de la neurobiologia del lenguaje la espera para encontrar la muestra o poblacion con el desorden que afecte a la produccion del lenguaje ha sido corta, pero por razones eticas, con la familia KE solo se puede estudiar su genoma, secuenciarlo y observar hasta que punto varia en comparacion con personas sin desordenes linguisticos, pero por supuesto, no experimentar.
El caso es que el FOXP2, gen transcirptor, tambien se encuentra involucrado en el canto de las aves canoras. ¿El FOXP2 es el gen del lenguaje? No lo creo. Pero ha abirto la veda para el estudio comparativo de la neurobiologia del lenguaje. Erich Jarvis
junto con Fernando Nottebohm, son dos de los principales investigadores que tratan de idientificar las caracterticas molecuares y geneticas que han dado lugar al lenguaje humano, porque no debemos olvidar que el lenguaje es distinto al habla (exclusivamente humana)que es compartido por muchos otros mamiferos e inclusive aves. Por lenguaje entendemos un sistema de representacion y comunicacion basado en reglas que ejemplifica una variedad de comportamiento en si mismo, y por habla entendemos la comunicacion verbal.
Las abejas cuando bailan para indicar el lugar de uana fuente de alimento, estan comunicandose en un lenguaje, pero solo un niño cuando dice y se oye "Mama donde estan mis zapatillas", es habla.
Pero qué sucede cuando el lenguaje y sus bases moleculares sirven como lanzadaera para el habla humana. La clave, la tienen las aves y otros animales que poseen el FOXP2 tal y como Jarvis y Nottebohm indican. Pero las cosas son mas complicadas de lo que parece.
Segun Jarvis, ordenes intermedios durante la divergencia evolutiva entre aves canoras y el homo sapiens, como por ejemplo los primates no-humanos (simios) que aunque tienen medios para la vocalizacion no son "vocal learners", o en otras palabras, no son capces de desarrollar el habla, no pueden darnos la pista sobre las bases moleculares y geneticas que subyacen a la facultad del lenguaje humano. Su sistema de comunicacion, a pesar de haber sido entrenados experimentalmente durante decadas para aprender simbolos y palabras con significado como la bonobo Kanzi, no parece ser el precursor animal del lenguaje o habla humano. ¿Como es esto posible? La pregunta que resulta es inquietante. ¿Somos un cruce entre un pinzon y un chimpance?, se preguntaba el Dr. Uriagereka. Como deciamos mas arriba las cosas no son como parecen.
Recientemente, se ha descubierto una posible conexion entre el gen FOXP2 (nuestro candidato mas plausible para el origen neurobiologico del lenguaje), las neuronas espejo (un grupo de neuronas especiales encontradas en la corteza prefrontal area F5 del cerebro macaco que se activan durante la realizacion de una accion y su observacion y que en el cerebro humano su area de localizacion homologa es el area de Broca) y la comunicacion gestual y facial en los simios (chimpances, bonobos, gorilas y orangutanes)y por supuesto humana.
Esta conexion despeja muchas dudas sobre la evolucion del lenguaje. Los primates no-humanos ya no son sujetos pasivos y "silenciosos" en la evolucion del lenguaje y pasan a ser verdaderamente los precursores del habla humana.
Vease, el blog Not Exactly Rocket Science y un articulo (solo hay acceso para quienes tengan suscripcion o pagen por el articulo. ¡Cuando llegara el dia en que el acceso a la ciencia sea libre!) de M.C. Corballis que analiza la conexion entre el FOXP2, las neuronas espejo y la comunicacion gestual.

Detectan en ballenas uso de gramática

Detectan en ballenas uso de gramática

Las ballenas yubartas utilizan su propia sintaxis o gramática en las complejas canciones que cantan, afirman investigadores que han desarrollado una técnica matemática para sondear los misterios del canto de las ballenas.
Ballena yubartaEl equipo agrega que las ballenas son los únicos animales aparte de los seres humanos en utilizar una estructura jerárquica en el lenguaje, en la cual las frases encajan en temas más grandes, que se repiten.
Este concepto hace eco de sugerencias científicas hechas en los años 70, sin embargo el nuevo análisis computarizado confirma esto y proporciona una medida objetiva de la estructura y de la complejidad de las canciones.
Las ballenas macho yubarta (también conocidas como ballenas jorobadas) producen canciones cuya duración oscila entre seis y 30 minutos. Estas vocalizaciones varían grandemente a través de las estaciones, y durante la crianza. Se piensan que éstas ayudan a atraer a compañeras para aparearse. Su sonido y patrones misteriosos han capturado la atención de los biólogos marinos por décadas.

Demasiado subjetivos
Los investigadores describen el lenguaje humano como jerárquico porque consiste en sentencias que contienen oraciones y que alternadamente contienen palabras.
Esta jerarquía nos ayuda a extraer el significado de lo que oímos. Pero algunos investigadores seguían siendo escépticos acerca de que las canciones de la ballena podrían contener este grado de organización, cuando Roger Payne y Scott McVay propusieron la idea en 1971.
Al mismo tiempo algunos discutieron que la observación era demasiado subjetiva, explica Ryuji Suzuki, coautor del estudio en el instituto médico Howard Hughes.
Él y sus colegas desarrollaron un algoritmo de computadora para analizar los complejos patrones de gemidos, gritos y susurros en 16 canciones de ballena yubarta.
El software obtiene matemáticamente probabilidades, y considera la colocación y la naturaleza repetitiva de unidades más pequeñas en las canciones de los animales.
Objetos abstractos
Suzuki afirma que el análisis demuestra objetivamente que las canciones de la ballena tienen una sintaxis jerárquica.
El algoritmo puede también asignar un valor numérico a una canción de la ballena para describir su grado de complejidad.
Canciones más cortas de la ballena parecen más complejas que algunas otras mas largas, según el nuevo estudio.
Suzuki resalta que las canciones de las ballenas siguen siendo desde nuestra propia forma de expresión un grito.
Él dice que el uso de términos que se refieren a objetos distintos y a veces abstractos parece ser exclusivo de el lenguaje humano.
“No tenemos ninguna evidencia de tales cosas en los cantos de ballena. Todavía estamos muy lejos de entender el significado de las canciones de la ballena”, admite.
Los investigadores han grabado por décadas el canto de las ballenas yubarta, de las que puede escuchar un segmento, grabado por el equipo de Suzuki cerca de Hawai, durante un canto suave y melódico de tan extraordinarios cetaceos.

Fuente: El Universal