Microbios Binarios

Del cuaderno de un biólogo...

Cebras, Moscas,  Parásitos y Matemáticas

Zebra & Baboon I

“Según la leyenda todas las cebras eran blancas y habitaban una tierra desértica. Una de ellas descubrió un pozo de agua y, como la sed la torturaba, se acercó a beber. De pronto apareció un mandril que custodiaba el pozo y le dijo “No puedes beber. El agua me pertenece” y la cebra replicó: “ El agua es para todos!”. 

Como el mandril hizo oídos sordos de los pedidos de la cebra, ésta decidió esperar que anochezca para beber en la oscuridad y no ser descubierta. Pero el mandril se dio cuenta y entonces apiló unos palos en la orilla del pozo y armó una gran fogata.

Al ver que la cebra no se retiraba, el mandril le gritó ferozmente: “Si quieres beber tendrás que pelear”. Entonces comenzó el combate y la cebra, con una patada brutal, hizo volar por los aires al mandril que finalmente cayó arrastrando sus nalgas por las rocas. La cebra, luego de semejante patada, perdió el equilibrio y se desplomó sobre los palos ardientes que imprimieron unas chamuscadas rayas negras en su pelaje.

Desde ese día, las cebras son rayadas y los mandriles tienen nalgas lampiñas”.

Adaptado del libro  “The Zebra's Stripes:

And Other African Animal Tales”

Renarradas por Dianne Stewart

Basado en una historia

de origen San (Bosquimanos),

África Meridional

Struik, 2004 

Ver libro !

    El primer encuentro con una cebra, que para la mayoría de nosotros lamentablemente no ocurre en la sabana africana sino en un zoológico,  es una experiencia que difícilmente pueda pasar desapercibida. El patrón de rayas ha causado la misma suma confusa de perplejidad y curiosidad durante miles de años.

Zebra Pattern I

¿Son las cebras animales negros con rayas blancas o  blancos con rayas negras?

La paradoja fue resuelta por estudios de desarrollo embrionario que demuestran que inicialmente las cebras son negras y más tardíamente aparecen las rayas blancas (1).

Pero ¿Cuál es la razón del patrón a rayas del pelaje de estos animales?

La explicación del patrón rayado ha sido durante años un dolor de cabeza para los biólogos pero una  hipótesis alternativa a la tradicional del camuflaje fue planteada por JK Waage en 1981: El patrón fue seleccionado por presión selectiva de las moscas tsé-tsé que transmiten el mortal tripanosoma africano. El experimento, realizado en Zimbabwe, consistió en comparar la captura de moscas sobre modelos negros, blancos o rayados, demostrando que el patrón cebrado era menos atractivo (2).

En un trabajo más reciente realizado por Egri y colaboradores (3) se demostró que el patrón cebrado atrae menos tábanos. Los autores plantean que uno de los mecanismos  que explica la protección es la polarización de la luz reflejada por el animal.

Tsetse Fly I

El trabajo aclara que las larvas de los tábanos se desarrollan en agua o fango y, quizás por esa razón, tanto los machos como las hembras adultos son atraídos por la luz polarizada horizontalmente (los tábanos pueden detectar agua guiándose por la luz polarizada que refleja la misma) (4). 

Los autores afirman que las rayas de la piel de la cebra reflejan una muy diferente polarización de la luz de modo que interrumpe la atracción de los tábanos y que el patrón de rayas de estos animales está dentro del rango de patrones más perturbadores para los insectos (3,5).

Una digresión final: 

   

Estatua Alan Turing en Sackville Park (14)

 Alan Turing publicó un artículo, en 1952, "Fundamentos Químicos de la Morfogénesis", donde propuso que la repetición de patrones regulares en los sistemas biológicos es generada por un par de morfógenos que trabajan juntos como un “activador” y un “inhibidor” (6). En palabras del propio Turing: “El Propósito de este trabajo es discutir un mecanismos posible por el cual los genes de un cigoto pueden determinar la estructura anatómica del organismo resultante”. 

   

Zebra Pattern II

Explicaciones alternativas a las de Rudyard Kipling para las manchas del leopardo (7) han sido obtenidas por simulación en computadora de modelos matemáticos derivados del planteado por Turing (8,9).

      Recientemente un articulo publicado por Economou y colaboradores muestra que también un mecanismo de Turing opera durante la  formación del paladar de mamíferos (10,11). Otro equipo de investigación ha publicado que el mecanismo molecular que participa en la formación de los dedos de los tetrápodos también sigue el modelo de Turing (12,13).

Bibliografía

1- "Horns, Tusks, and Flippers, The Evolution of Hoofed Mammals".Prothero, DR y Schoch, RM. Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press, 2003. Google Books

2- " How the zebra got its stripes – biting flies as selective agents in the evolution of zebra coloration.Waage, JK.J. Entomol. Soc. S. Afr. 44, 351-358, 1981.

3- "Polarotactic tabanids find striped patterns with brightness and/or polarization modulation least attractive: an advantage of zebra stripes" .Egri A, Blahó M, Kriska G, Farkas R, Gyurkovszky M, Åkesson S y Horváth G.J Exp Biol 215, 736-745, 2012. Ver ! 

4- La luz reflejada por superficies no metálicas (agua, vidrio) está polarizada. Los filtros polarizadores son utilizados en fotografía para eliminar los reflejos indeseables.  Un ejemplo ilustrativo sobre la polarización de la luz puede verse aquí donde se comparan dos fotografías de un ambiente acuático con o sin filtro polarizado.

5- "Zebra Stripes Evolved to Keep Biting Flies at Bay "  

Victoria Gill - BBC Nature, 9 Febrero, 2012. Ver !
6- "Aportaciones de Alan Turing al Ámbito de la Química: Teoría de la Morfogénesis e Interpretación de Algunas Reacciones Químicas". Martín-Sánchez M, Martín-Sánchez MT y Pinto G.  An. Quím. 2012, 108(3), 322–327.Real Sociedad Española de Química. Excelente artículo de revisión en español. Ver !
7- Para enterarse "De Cómo el Leopardo Obtuvo sus Manchas" tendremos que descargar el hermoso libro de cuentos para niños "Cuentos de Animales" de Rudyard Kipling. El libro puede descargarse gratuitamente gracias al Instituto Distrital de Cultura y Turismo de la Alcaldía Mayor de Bogotá. Descargar el libro !
8- "Two-stage Turing Model for Generating Pigment Patterns on the Leopard and the Jaguar". Liu RT, Liaw SS y Maini PK. Physical Review E 74, 011914, 2006. Ver !
9- "Shapes : Nature's Patterns: a Tapestry in Three Parts"
Ball P. Oxford University Press, 2009. Google Books
10- "Periodic Stripe Formation by a Turing Mechanism Operating at Growth Zones in the Mammalian Palate". Economou AD, Ohazama A, Porntaveetus T, Sharpe PT, Kondo S, Basson MA, Gritli-Linde A, Cobourne MT, Green JB. Nat Genet. 2012 Feb 19;44(3):348-51
11- "Proving Turing's tiger stripe theory" News. King College London. Ver !
12- "Hox Genes Regulate Digit Patterning by Controlling the Wavelength of a Turing-type Mechanism". Sheth R, Marcon L, Bastida MF, Junco M, Quintana L, Dahn R, Kmita M, Sharpe J, Ros MA. Science. 2012 Dec 14;338(6113):1476-80. Ver !
13- "¡Choca esos cinco, Alan Turing!" Blog Naukas. Ver !
14- Fuente Imagen Estatua de Alan Turing
Para seguir leyendo sobre patrones se pueden consultar:

a- "Procesos de Auto-Organización en Sistemas Biológicos". Tesis de Strier D. 2002. Universidad de Buenos Aires. Ver !b-  "Patrones de Turing en Sistemas Biológicos". Tesis de Ledesma Durán A. Universidad Autónoma Metropolitana  - Iztapalapa. Ver !
c- "Aplicaciones del Modelo BVAM a Sistemas Complejos". Barrio RA.Revista Digital Universitaria, Volumen 11 Número 6, 2010. Ver !

Generación de Patrones de Turing online

En el sitio "The Tickle Trunk: Turing's Reaction-Diffusion Model of Morphogenesis" se puede encontrar un emulador que nos permite tener una idea de la diversidad de patrones que se pueden generar con el modelo.

Visitar The Tickle Trunk !