Day: September 12, 2023

Sota els nostres peus
La superfície de la Terra pot semblar sòlida i inalterable, però el sòl (la capa de terra externa de l’escorça terrestre, on creixen les plantes i enterràvem els nostres avantpassats) sota els nostres peus amaga una història de canvis i transformacions constants. Aquesta història l’expliquen els sòls que cobreixen els nostres paisatges, modelats per un procés fascinant. En aquest article, ens embarquem en un viatge per descobrir el procés responsable de la formació del sòl i les misterioses capes anomenades horitzons que formen el món que hi ha als nostres peus.

El naixement del sòl: meteorització

No ens referim a convertir-se en un meteorit ni escoltar l’antic àlbum de Linkin Park. El terme de meteorització fa referencia a el conjunt de processos causats pels agents atmosfèrics, processos físics, biològics o bioquímics que provoquen el trencament, l’esmicolament i la disgregació de roques (o el llit de roca mare). Quan tals roques es fragmenten en partícules cada cop més petites acaba formant-se el que coneixem com a sòl, o terra. En concret, els factors que més influeixen en aquest procés es creu que són les forces del vent, la pluja, els canvis de temperatura i també les arrels de les plantes.

La formació del sòl no és un procés nocturn. El sòl triga milers, fins i tot milions d’anys a desenvolupar-se completament. En aquest marge de temps però, cal remarcar que en aquelles zones on el clima és càlid i hi ha molta humitat, veurem que el procés de formació del sòl es dona més ràpid.

Des de la roca mare fins als diferents horitzons

La ciència que estudia el sòl es coneix com a Edafologia. En aquesta ciència no es parla d’horitzó per a referir-se a la línia que separa el cel de la Terra per a un observador, sinó d’un estrat (o capa) diferenciable del sòl. Essencialment, un horitzó del sòl és una capa paral·lela a la superfície de la terra que es diferencia d’una altra per les seves característiques i aparença (color, textura, composició química…). Els horitzons no només reflecteixen els processos en curs dins del sòl, sinó que aporten informació sobre la història i les condicions específiques de la zona on es formen.

Distingim els següents horitzons:

Desgranant el sòl: Les textures

Quan parlem de la textura del sòl ens referim a les proporcions de partícules minerals de diferents mides que hi troben. La textura d’un sòl influeix en les seves propietats, com ara la capacitat drenatge, de retenció d’aigua o de retenció de nutrients. Considerem que hi ha tres components que determinen la textura d’un sòl: Les argiles, els llims i les sorres. Podem trobar cadascun d’aquests components per separat, però normalment un sòl esta format per diferents proporcions dels tres. Segons les quantitats d’un component o altre, el sòl final tindrà unes propietats concretes.

Els tres components:
1. Les partícules d’argila són les més petites, amb diàmetres inferiors a 0,002 mil·límetres. Com a tal, les partícules petites tenen una superfície més gran per unitat de massa i tenen un major potencial d’interaccionar. En aquest cas, les argiles posseeixen forces electrostàtiques molt fores, fet que els dona una gran capacitat de retenció d’aigua i nutrients, fent que els sòls argilosos retinguin bé la humitat. Tanmateix, per aquesta mateixa raó tenen un drenatge pobre i es poden compactar fàcilment. Els sòls argilosos tendeixen a ser enganxosos i durs quan estan secs, i pot ser difícil treballar-hi en jardineria i agricultura.
2. Les partícules de llim tenen mides intermèdies entre la sorra i l’argila, amb diàmetres que oscil·len entre 0,002 i 0,05 mil·límetres. Els sòls de llim són coneguts per tenir bones capacitats de retenció d’aigua i un millor drenatge que els sòls argilosos. Tenen un tacte suau quan es toquen, i es poden compactar fàcilment quan estan humits. Tot i que no tenen tanta retenció de nutrients com l’argila, els sòls on abunden els llims sovint es consideren fèrtils i adequats per a diversos tipus de cultius.
3. Finalment, les partícules de sorra són les més grans de les tres, amb diàmetres que oscil·len entre 0,05 i 2,0 mil·límetres. Els sòls de sorra tenen una textura granulosa i són gruixuts al tacte. Tenen una gran capacitat de drenatge, permetent que l’aigua passi ràpidament. Desafortunadament, aquest drenatge ràpid també significa una baixa capacitat de retenció d’aigua, fent que els sòls de sorra siguin propensos a assecar-se ràpidament i no retenir nutrients.
La textura del sòl es descriu normalment mitjançant un triangle de textures que representa visualment les proporcions de sorra, llim i argila en una mostra de sòl particular. Les diferents combinacions d’aquestes partícules donen lloc a diversos tipus de sòls, com ara marga sorrenca (una barreja de sorra i llim), argila llimosa (una barreja de llim i argila), etc. La textura ideal del sòl per a l’agricultura depèn de les necessitats específiques de les plantes que es cultiven, i es poden utilitzar esmenes del sòl per millorar l’estructura i la fertilitat del sòl.

Com a exemple clau, la terra franca és una barreja ben equilibrada de partícules de sorra, llim i argila. Específicament, un 40% de sorra, 40% de llim i 20% d’argila. Ofereix una bona retenció d’aigua, drenatge i capacitat de retenció de nutrients, el que el fa ideal per al creixement de les plantes. La terra franca sovint es considera el millor tipus de sòl per a la jardineria i l’agricultura per la seva versatilitat i fertilitat!

Per acabar, i a nivell de curiositat, hi ha un altre sòl que també es considera altament fèrtil: el sòl volcànic. Pel seu ric contingut en minerals, excel·lent drenatge, retenció d’humitat, aireació, pH lleugerament àcid i propietats fertilitzants naturals de la cendra volcànica, els sòls d’aquest origen proporcionen un entorn òptim per al creixement de les plantes, donant lloc a una vegetació exuberant i productiva a les regions volcàniques!

Referències:
- Oregon State University: https://catalog.extension.oregonstate.edu/em9304/html
- Introduction to Soil Science (2022). Iowa State University Digital Press. Doi: 10.31274/isudp.2022.123
- Pierre Delmelle, Sophie Opfergelt, Jean-Thomas Cornelis, Chien-Lu Ping. Chapter 72 – Volcanic Soils, The Encyclopedia of Volcanoes (Second Edition), Academic Press (2015). Pages 1253-1264. Doi: 10.1016/B978-0-12-385938-9.00072-9.
12/09/2023
Hem creat un monstre
A l’era moderna de la medicina en la que ens trobem, els antibiòtics han demostrat ser eines imprescindibles per salvar vides tractant aquelles infeccions que temps enrere eren letals. Desgraciadament, hi ha una amenaça silenciosa que podria acabar amb la sanitat tal com la coneixem: la resistència als antibiòtics (RAB). Fem servir aquest terme per descriure el fenomen en el que certs microorganismes es tornen immunes als medicaments utilitzats per combatre’ls. A mesura que la RAB augmenta, és crucial reconèixer la importància de l’ús responsable dels antibiòtics, seguir les dosis adequades i evitar l’automedicació per contribuir a la lluita contra aquesta crisi global.

I no n’estem fent un gra massa, els experts calculen que al voltant de 2050, les infeccions (les que abans tractàvem amb antibiòtics) podrien ser la primera causa de mort al món, per davant d’accidents, càncer o malalties del cor. I per si encara no us sentiu involucrats amb el problema, penseu que en aquest futur no tant llunyà tenir una ferida infectada, patir una infecció post-operatòria, o agafar una malaltia quan anem a veure un familiar a l’hospital es podrien tornar infeccions sense tractament!

Com pot ser que els bacteris evolucionin tant ràpid per adquirir resistències?

Molt senzill, a part que els bacteris es poden reproduir molt més ràpid que nosaltres (en algunes espècies, reproduïnt-se cada 20 minuts si tenen suficients nutrients!), l’ús descontrolat d’antibiòtics per part nostra està fomentant aquesta adquisició de RAB.

Saltar-se les dosis o aturar el tractament prematurament pot no eliminar completament els bacteris patògens, donant-los l’oportunitat de desenvolupar resistència. Això contribueix a la creació de “superbacteris”, soques de bacteris que poden suportar múltiples antibiòtics fins i tot combinats. Veiem un exemple:

És crucial seguir acuradament les instruccions del metge i completar el curs complet d’antibiòtics, sobretot encara que comencem a sentir-nos millor. En un món on la informació està a un clic de distància, és temptador diagnosticar-nos i tractar-nos, però els antibiòtics són específics només per a certs tipus de bacteris, i utilitzar-los sense control és pràctica perillosa a llarg termini (per l’adquisició de RAB) però també a curt termini, perquè podem estar matant sense voler els bacteris beneficiosos que formen la nostra microbiota intestinal.

Per acabar-ho d’adobar, els bacteris tenen mecanismes per compartir entre ells els gens que els donen aquestes resistències, com si es tractés d’un joc de cartes col·leccionables! Ens referim a aquests mecanismes com a “elements mòbils genètics”, i els tres més importants que coneixem són la transducció, la conjugació i la transformació:

Tenim armes per fer front als bacteris resistents si ens quedem sense antibiòtics?

La resposta és sí, però aquestes armes no s’han estudiat encara suficientment per a ser desplegades a tota la població. El principal as a la màniga que ens queda per jugar són els bacteriòfags:

Els bacteriòfags, o “fags”, són virus dirigits a bacteris específics. Bàsicament, són els enemics naturals dels bacteris. Cada tipus de bacteriòfag només infecta a una variant molt específica d’un bacteri. Per tant, tenen potencial per servir d’assassins silenciosos i selectius, evitant la mort dels microorganismes que ens són beneficiosos. La teràpia amb bacteriòfags, que utilitza virus per tractar infeccions, és prometedora com a alternativa als antibiòtics, però també té mancances que cal superar. Alguns exemples són la necessitat d’identificar completament l’agent causal d’una infecció abans de poder procedir al tractament, la possibilitat de causar un xoc sèptic quan eliminen els bacteris en sang, o la possibilitat que els bacteriòfags puguin ajudar a transmetre gens de resistència entre bacteris sense acabar amb ells per complet.

Paral·lelament també s’estan estudiant els pèptids antimicrobians, que són proteïnes minúscules que produeixen alguns organismes, inclosos els humans, per combatre els microbis. Els investigadors estan explorant aquests pèptids com a alternatives als antibiòtics perquè actuen a través de mecanismes únics, pels quals adquirir una RAB és més difícil que amb els antibiòtics convencionals.

L’arma més forta: La conscienciació pública

Prevenir la propagació de la resistència als antibiòtics és un esforç global que requereix la col·laboració entre els proveïdors sanitaris, els responsables polítics, les indústries i el públic en general. Els governs i les organitzacions sanitàries estan implementant estratègies per regular l’ús d’antibiòtics tant en salut humana com animal. L’enfocament “Una sola salut” (impulsat per l’Organització Mundial de la Salut, l’Organització de les Nacions Unides per a l’Agricultura i Alimentació, i l’Organització Mundial de Sanitat Animal) reconeix la interconnexió de la salut humana, animal i ambiental, i és una estratègia crítica per gestionar aquesta crisi de manera eficaç.

La sensibilització és primordial en la lluita contra la resistència als antibiòtics. Com més en sapiguem, més equipats estarem per prendre decisions responsables. Educar-nos nosaltres mateixos i a les nostres comunitats sobre la importància d’utilitzar els antibiòtics amb prudència pot tenir un impacte substancial. Evitar l’automedicació, complir amb les dosis prescrites i utilitzar només antibiòtics quan els prescrigui un professional de la salut són passos senzills però potents que tots podem prendre!

Referències:
- Tang KWK, Millar BC, Moore JE. Antimicrobial Resistance (AMR). Br J Biomed Sci. 2023 Jun 28;80:11387. doi: 10.3389/bjbs.2023.11387.
- How resistance happens. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). https://www.cdc.gov/drugresistance/about/how-resistance-happens.html
Reina J, Reina N. Fagoterapia ¿una alternativa a la antibioticoterapia? [Phage therapy, an alternative to antibiotic therapy?)]. Rev Esp Quimioter. 2018 Apr;31(2):101-104. Epub 2018 Feb 16. PMID
12/09/2023
Proteïnes a la carta
No parlem de proteïnes de batuts pel gimnàs

En el vast món de la biologia, els científics han descobert els secrets de l’ADN i han aprofitat el seu potencial per crear proteïnes recombinants. Aquestes meravelles de l’enginyeria genètica han revolucionat la medicina, permetent la producció de substàncies que poden salvar vides com la insulina. El viatge de les proteïnes recombinants va començar a la dècada dels 70 amb l’arribada de la tecnologia de l’ADN recombinant. Els científics van descobrir que podien manipular gens aïllant fragments d’ADN específics i combinant-los amb altres molècules d’ADN, creant ADN recombinant. Aquest descobriment va obrir el camí per a la producció de proteïnes que abans eren difícils o impossibles d’obtenir en grans quantitats. Les tecnologies actuals de proteïnes recombinants ens permeten tractar molts tipus de càncer, però també afeccions menys comunes.

Insulina: un exemple innovador

Abans de la insulina recombinant, els pacients amb diabetis confiaven en la insulina extreta del pàncrees dels animals, principalment dels porcs. Aquest procés implicava aïllar la insulina dels teixits del pàncrees de porc, que presentava nombrosos reptes com ara un subministrament limitat, una contaminació potencial i una potència inconsistent (deixant de banda, òbviament, l’aspecte ètic). No obstant això, amb el desenvolupament de la tecnologia de l’ADN recombinant, els científics van poder produir insulina humana en grans quantitats mitjançant la inserció del gen responsable de la producció d’insulina en bacteris o cèl·lules de llevats. Aquest avenç va transformar el tractament de la diabetis, proporcionant una font d’insulina més segura i fiable.

Imatge via Flickr per sriram bala.

Quin és el procés per obtenir una proteïna recombinant

Avui dia, la producció de proteïnes recombinants s’ha convertit en un procés ben establert. Els mètodes moderns que es fan servir es basen en transferir el gen desitjat a un organisme hoste, com ara bacteris, llevats o cèl·lules de mamífers. Aquests organismes hostes actuen com a fàbriques vives, produint la proteïna d’interès mitjançant la replicació i expressió del gen inserit. S’utilitzen tècniques avançades com l’enginyeria genètica, l’edició de gens i la purificació de proteïnes per garantir alts rendiments i puresa del producte final.

Vegem-ho pas a pas:
Aïllament del gen: El primer pas per crear proteïnes recombinants és identificar i aïllar el gen d’interès. Aquest gen és l’encarregat de codificar la proteïna que es vol produir. Els científics poden extreure el gen de diverses fonts, com ara cèl·lules humanes, animals o microorganismes, depenent de la proteïna que vulguin produir.

Clonació del gen en un vector: En aquest pas, el gen aïllat s’insereix al vector escollit. Els vectors són el vehicle que portarà el nostre gen a la cèl·lula hoste i farà que allà es pugui mantenir i expressar. Els vectors poden ser plasmidis, virus o cromosomes artificials; depenent de la estratègia de producció que escollim. Quan manipulem el nostre gen d’interès no ho fem directament, agafant-lo i movent-lo d’un lloc a altre. Ho fem mitjançant l’ús d’enzims de restricció i lligases, que són proteïnes que poden tallar l’ADN o tornar-lo a enganxar als llocs on ens interessi.

Transformació o transfecció: Són dos noms que fan referència a maneres d’introduir el vector (que carrega el nostre gen) a dins de la cèl·lula hoste, fent que la membrana d’aquesta sigui permeable al nostre ADN recombinant. Algunes maneres inclouen el xoc tèrmic (escalfar breument), l’electroporació (aplicar corrent elèctric breument) o l’ús de substàncies que permeten entrar el nostre DNA.

Selecció i expressió: Aquest pas és un procés de selecció descartar totes aquelles cèl·lules que no han incorporat el nostre DNA recombinant. Normalment, acompanyem el nostre gen amb algun gen addicional que aporta un tret distintiu com pot ser la resistència a un antibiòtic). És tant fàcil com cultivar les cèl·lules en un brou amb l’antibiòtic d’elecció i només sobreviuran les que tenen el nostre DNA!

Producció i recol·lecció de proteïnes: Un cop identificades les cèl·lules transformades o transfectades, es cultiven en condicions optimitzades per afavorir l’expressió de proteïnes. La proteïna recombinant es sintetitza dins o fora de les cèl·lules hoste i després d’un període suficient de creixement, es recull o bé les cèl·lules o el medi en el que es trobaven.

Purificació de proteïnes: El material recollit contindrà la proteïna recombinant però també altres components cel·lulars que ens fan nosa. Normalment s’utilitzen diverses tècniques una darrera de l’altra (separant per mida, càrrega, afinitat, capacitat d’agregar…) per a poder descartar els contaminants i quedar-nos amb la proteïna.

Caracterització i anàlisi de proteïnes: Després de la purificació, la proteïna recombinant se sotmet a una caracterització per garantir que no s’ha degradat, té la mida adient, està ben plegada i funciona com esperàvem.
Consideracions ètiques

Finalment, com amb qualsevol tecnologia potent, i tenint en compte la quantitat de vides humanes i animals estalviades o salvades amb la tecnologia, hi ha consideracions ètiques associades a les proteïnes recombinants. Una preocupació és l’ús d’organismes modificats genèticament (OMG) com a organismes hostes. Els crítics argumenten que l’alliberament d’OGM al medi ambient podria tenir conseqüències imprevistes sobre els ecosistemes. Una altra qüestió ètica es relaciona amb l’accessibilitat i l’assequibilitat de les teràpies basades en proteïnes recombinants, especialment als països en desenvolupament. Assegurar una distribució equitativa i un preu assequible d’aquests tractaments que salven vides segueix sent un repte que cal abordar.

Referències
- Walsh, G. Biopharmaceutical benchmarks 2018. Nat Biotechnol 36, 1136–1145 (2018). https://doi.org/10.1038/nbt.4305
- Sanchez-Garcia L, Martín L, Mangues R, Ferrer-Miralles N, Vázquez E, Villaverde A. Recombinant pharmaceuticals from microbial cells: a 2015 update. Microb Cell Fact. 2016 Feb 9;15:33. doi: https://10.1186/s12934-016-0437-3
- Corchero JL, Favaro MTP, Márquez-Martínez M, Lascorz J, Martínez-Torró C, Sánchez JM, López-Laguna H, de Souza Ferreira LC, Vázquez E, Ferrer-Miralles N, Villaverde A, Parladé E. Recombinant Proteins for Assembling as Nano- and Micro-Scale Materials for Drug Delivery: A Host Comparative Overview. Pharmaceutics. 2023; 15(4):1197. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15041197
- Quianzon CC, Cheikh I. History of insulin. J Community Hosp Intern Med Perspect. 2012 Jul 16;2(2). doi: https://10.3402/jchimp.v2i2.18701
- Sarma V. Environmental issues in the planned release of genetically-engineered organisms. Aust J Biotechnol. 1989 Jan;3(1):13-6.
- Tsatsakis AM, Nawaz MA, Kouretas D, Balias G, Savolainen K, Tutelyan VA, Golokhvast KS, Lee JD, Yang SH, Chung G. Environmental impacts of genetically modified plants: A review. Environ Res. 2017 Jul;156:818-833. doi: 10.1016/j.envres.2017.03.011
12/09/2023
Per què el cel no és violeta?
Per respondre aquesta pregunta inversemblant primer ens n’hem de fer una altra que segurament us resultarà més familiar.

Per què el cel és blau?

Més que per què el cel és blau, la pregunta correcte seria “per què veiem el cel de color blau?”. Els colors són una manera a través de la qual percebem les propietats dels objectes als que incidim una llum, però aquest dilema el deixarem per més endavant i pel bé d’aquesta entrada parlarem dels colors de les coses. Primer de tot cal que desmentim que és pel reflex del mar! En tot cas, el mar pot semblar més o menys blau gràcies a la llum del cel blau! Seguint amb aquest dilema, ens podem plantejar lícitament perquè veiem el cel de color blau si l’espai és negre i la llum del sol blanca. Doncs bé, fem-ho per parts.

La llum del sol sembla blanca, però en realitat esta formada de tots els colors que veiem a l’arc iris. De fet, quan parlem de colors, en realitat parlem d’un grup concret de radiacions. Les radiacions les podem entendre com a energia que viatja en línia recta en forma d’ona. Fer passar la llum del sol per un prisma ens permet separar-la en tots els seus colors i veure aquestes radiacions que la formen. Tota aquella energia electromagnètica que té una longitud d’ona entre els 400 i els 700 nanòmetres la considerem part de l’espectre de llum visible! Per exemple, la llum blava viatja en ones més curtes que la llum vermella. Quan més curtes les ones, més energia té una radiació. Per tant, la llum blava és més energètica que la vermella.

Però això encara no respon a la pregunta inicial, ens falta una protagonista. Imagineu per un moment que ens trobéssim a la lluna en comptes de la terra i miréssiu al cel. Veuríeu l’espai negre en comptes de tenyit d’algun color, oi?

Earthrise, imatge de la terra i l’espai des de la lluna, presa el 24 de desembre de 1968 per l’astronauta William Anders, membre de la tripulació de l’Apollo 8.

La diferència amb la terra és que el nostre estimat planeta té una atmosfera. Quan la llum solar arriba a la terra el que li passa és que xoca amb els gasos i partícules de l’aire (que formen l’atmosfera) i es dispersa en totes direccions. De fet, quan més petita és la longitud d’ona d’una radiació, més es dispersa al xocar amb l’atmosfera. Es per això, que el blau és el color que veiem en el cel la major part del temps. Anomenem a aquest efecte “La difusió de Rayleigh”, en honor al físic anglès John William Strutt (3r Baró de Rayleigh), premi Nobel de física el 1904.

Però ei, no ens oblidem d’alguna cosa…? Hi ha un color que encara té una longitud d’ona més curta que el blau: El violeta! Per què no veiem doncs el cel tenyit de violeta acompanyat del blau?

Hi ha dues respostes que fan sinèrgia per explicar aquesta peculiaritat.

En primer lloc, perquè el sol no envia exactament la mateixa quantitat de cada tipus de radiació. A la llum blanca del sòl hi abunden més les ones blaves que les violeta. En el següent gràfic que desglossa quins són els components de la radiació solar podem veure que clarament hi ha una decaiguda de les longituds d’ona curtes a la que arribem a l’espectre violeta.

I en segon lloc, perquè els nostres ulls són particularment més sensibles a la llum blava que a la violeta. Això es deu a la proporció de cèl·lules sensorials (també anomenades, cons o conus) que tenim a l’ull i que disposa de fotopigments específics per captar diferents longituds d’ona.

Aquests fenòmens també expliquen perquè al capvespre veiem la llum del sol de color vermell?

Just a la fusta. Quan el sol arriba a l’horitzó, la llum que ens emet ha de travessar més atmosfera que quan el tenim a sobre nostre. Això fa que hi hagi dispersió de molta més llum, sempre començant per aquella amb la menor longitud d’ona. Per tant, la que ens queda al final és majoritàriament taronja i vermella, aquella llum amb una longitud d’ona més gran i que costa més de dispersar!

El cel també és blau a altres planetes?

Tot depèn del que hi hagi a l’ambient! Per exemple, Mart té una atmosfera molt fina feta majoritàriament de diòxid de carboni i plena de fines partícules de pols. Aquestes partícules fines dispersen la llum de manera diferent que els gasos i les partícules de l’atmosfera terrestre. Les fotos del robots que la NASA ha enviat a Mart ens han demostrat que a la posta de sol hi ha en realitat el contrari del que experimentaríeu a la Terra. Durant el dia, el cel marcià pren un color ataronjat o vermellós. Però a mesura que el Sol es pon, el cel al voltant del Sol comença a agafar un to blau-gris.

La imatge superior mostra el cel marcià de color taronja durant el dia i la imatge inferior mostra el cel de color blau al capvespre. Ambdues imatges van ser capturades pel Mars Pathfinder Lander de la NASA. Crèdit: NASA/JPL

Referències:
- Portal web de la NASA. https://www.nasa.gov/
- Bohren, C. F., & Huffman, D. R. (1998). Absorption and scattering of light by small particles. Wiley. DOI: https://doi.org/10.1002/9783527618156
- Lynch, D. K., & Livingston, W. C. (2001). Color and Light in Nature (2nd ed.). Cambridge University Press.
12/09/2023
Desgranant l’evolució
Quan parlem d’evolució ens referim al procés gradual pel que els organismes vius canvien al llarg del temps. No necessàriament hem d’imaginar-nos el procés a través del qual apareixen noves espècies, sinó també en com l’abundància d’uns gens o d’altres va canviant al llarg de les generacions. Com a subjecte d’estudi, l’evolució és la base de la biologia moderna i serveix com a gran narrativa que explica com els organismes s’han adaptat i han prosperat durant milers de milions d’anys. Però… com pot evolucionar una població?

“Quan parlem de població en termes d’ecologia ens referim a tots els individus d’una espècie en particular que viuen en una àrea concreta. Per exemple, tot el conjunt de conills que viuen en un bosc. L’estudi de poblacions ajuda a entendre com les espècies interaccionen amb l’ambient i canvien al llarg del temps.”

Dins d’evolució hi englobem quatre processos que impulsen l’adaptació i la transformació de les espècies. Cadascun d’aquests quatre processos és un mecanisme bàsic del canvi evolutiu. Us els presentem a continuació fent servir una població d’escarabats verds i marrons com a exemple:

1. Mutació: Una mutació pot fer que uns pares amb gens pel color marró tinguin cries amb un gen pel color verd. Això faria que els gens per a la coloració verda fossin més freqüents a la població del que ho eren abans de la mutació.

2. Migració: Alguns individus d’una població d’escarabats verds poden emigrar a una població d’escarabats majoritàriament marrons. Això fa que els gens per a la coloració verda augmentin la seva freqüència a la població d’escarabats marrons que abans d’haver-se produït el trasllat. En biologia evolutiva, l’emigració també s’anomena flux gènic (fent referència a que hi ha un trasllat de gens d’un lloc a un altre).

3. Deriva genètica: Degut a un esdeveniment aleatori, com pot ser una inundació, un incendi, o una trepitjada humana, poden morir un cert nombre d’escarabats marrons. La següent generació, inevitablement, tindrà més escarabats verds. Aquests canvis aleatoris i per casualitat duna generació a la següent es coneixen com a deriva genètica

4. Selecció natural: Imagineu que els escarabats marrons són més fàcils de veure pels ocells (i per tant se’ls mengen). D’aquesta manera els escarabats verds tenen una probabilitat més gran de sobreviure i deixar descendència. Així, en les següents generacions els escarabats verds seran més comuns del que eren.

Tots aquests mecanismes poden causar canvis en els gens i la proporció d’aquests en una població. Mentre que les mutacions i les migracions poden desencadenar l’arribada a una població de gens nous, la selecció natural i la deriva genètica només poden canviar la freqüència de caràcters dins de la mateixa població!

Però què passa si alguns canvis provoquen l’aparició d’una espècie nova?

Tenim un terme per referir-nos a això: especiació. Mentre que l’evolució explica com les espècies canvien i es diversifiquen, l’especiació és el moment crític en què sorgeixen noves espècies. Succeeix quan les poblacions de la mateixa espècie es diferencien de tal manera que ja no es poden creuar amb èxit entre elles. Aquest aïllament reproductiu es pot produir a causa de barreres geogràfiques, canvis de comportament o diferències ecològiques, entre d’altres.

En aquesta segona part de l’article veurem també a través d’exemples quins són els tipus d’especiació que hem identificat al llarg de la història. N’hem preparat cinc! A més, veurem que els humans hem tingut certa influència en alguns exemples…

1. Especiació al·lopàtrica, per aïllament geogràfic: Ocorre quan les poblacions d’una espècie s’aïllen geogràficament, impedim així el flux de gens entre elles. Amb el temps, les poblacions aïllades es diferencien genèticament i donen lloc a noves espècies.

Exemple: Els pinsans de Darwin a les illes Galápagos proporcionen un exemple clàssic. Cada illa de les Galápagos té les seves pròpies condicions ambientals úniques, cosa que condueix a l’aïllament geogràfic entre les poblacions de pinsans de diferents illes. Els pinsans es van adaptar a l’hàbitat i les fonts d’aliment de cada illa a través de la selecció natural. Al llarg de generacions, aquestes adaptacions van donar lloc a l’aparició de diferents espècies de pinsans a cada illa.

2. Especiació simpàtrica, per aïllament degut a canvis en preferències o adaptació ecològica: Es produeix quan sorgeixen noves espècies dins de la mateixa àrea geogràfica, sense cap barrera física. L’aïllament reproductiu es pot produir a causa de factors com els canvis en les preferències d’aparellament o l’adaptació a l’entorn, per exemple, quan hi ha diferències de sincronització entre els cicles de vida.

Exemple: Les mosques de la poma (Rhagoletis pomonella) originalment ponien els ous exclusivament sobre fruits d’arç blanc. Tanmateix, la introducció de pomers d’Europa a Amèrica del Nord va causar que algunes mosques comencessin a pondre els ous a les pomes. Amb el temps, un subgrup de mosques es va adaptar a la nova font d’aliment i les seves preferències d’aparellament van canviar en conseqüència. Amb el temps, aquestes mosques que s’alimenten de pomes es van aïllar reproductivament i finalment van evolucionar en dues espècies diferents dins de la mateixa àrea geogràfica.

3. Especiació parapàtrica, per diferències en els nínxols: Es produeix quan dues poblacions d’una espècie no estan completament aïllades geogràficament, però tenen un flux genètic limitat a causa de les diferències en els seus hàbitats o nínxols.

Exemple: El mosquiter verdós (Phylloscopus trochiloides) és un petit ocell cantor que es troba vivint des d’Europa fins a Àsia. Dins d’aquest rang, hi ha diferents subpoblacions que viuen en hàbitats diferents, com boscos caducifolis o boscos de coníferes. Aquestes diferències en els seus hàbitats ha provocat, al llarg del temps, el desenvolupament de patrons de cant i plomatges diferents, arribant a la formació de subespècies.

4. Especiació artificial: es produeix quan els humans indueixen intencionadament l’especiació mitjançant la cria selectiva o altres factors.

Exemple: Els gossos domèstics (Canis familiaris) són un exemple d’especiació artificial. Històricament, els humans han criat gossos de manera selectiva per a diversos trets, com ara la mida, el color del pelatge i el comportament. Això ha derivat en la formació de centenars de races de gossos diferents del seu avantpassat salvatge, el llop gris (Canis lupus). Aquestes races ja no es poden creuar per produir descendència fèrtil entre elles o amb llops.

5. Especiació per hibridació o al·lopoliploïdia (típic en plantes): Procés d’encreuament d’individus de dues espècies o varietats diferents, donant lloc a descendència amb trets genètics mixts. S’associa comunament amb la poliploïdia, una condició en la qual un organisme posseeix múltiples conjunts de cromosomes.

Exemple: El tragopogon (Tragopogon Spp.) també conegut com a barba de cabra o salsí, és un grup de plantes amb flor que han patit especiació per hibridació i poliploïdia. A Amèrica del Nord, es van introduir dues espècies diferents de tragopogon amb diferents nombres de cromosomes. Quan aquestes dues espècies es van hibridar, van produir descendència fèrtil amb un conjunt de cromosomes duplicats (poliploïdia). Aquesta descendència estava aïllada reproductivament de les dues espècies progenitores i eren capaços de reproduir-se entre elles, donant lloc a una nova espècie.

Referències
- B.A. Counterman, in Encyclopedia of Evolutionary Biology, 2016
- Grant, Peter R. “Natural Selection and Darwin’s Finches.” Scientific American 265, no. 4 (1991): 82–87. http://www.jstor.org/stable/24938761.
- Filchak KE, Roethele JB, Feder JL. Natural selection and sympatric divergence in the apple maggot Rhagoletis pomonella. Nature. 2000 Oct 12;407(6805):739-42. doi: 10.1038/35037578.
- Darren E. Irwin, Song Variation in an Avian Ring Species, Evolution, Volume 54, Issue 3, 1 April 2000, Pages 998–1010, https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2000.tb00099.x
- Honeycutt RL. Unraveling the mysteries of dog evolution. BMC Biol. 2010 Mar 9;8:20. doi: 10.1186/1741-7007-8-20.
- Soltis, Douglas E., and Pamela S. Soltis. “Allopolyploid Speciation in Tragopogon: Insights from Chloroplast DNA.” American Journal of Botany 76, no. 8 (1989): 1119–24. https://doi.org/10.2307/2444824.
12/09/2023