Heliconius - Revista Hipótesis

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3 Editorial
¿Qué tanto conocemos nuestra biodiversidad?
Juan Armando Sánchez
5Bio/notas
8 Publicaciones destacadas de la Facultad
de Ciencias
10 Celebración del Año Internacional de la
Biodiversidad en la Universidad de los Andes
12 Biodiversidad, un asunto de vida
Catalina González Arango
14 Encuentros y reencuentros con la biodiversidad
en Colombia
Julio Carrizosa Umaña
16 Un mundo de clasificaciones y visiones
Óscar Laverde
20Metagenómica
Adriana González / Martha Cárdenas / Silvia Restrepo
26 Biodiversidad y bioprospección en el parque
Los Nevados
María Mercedes Zambrano
29 Diversidad arbórea en bosques de tierras bajas
en Colombia
Pablo R. Stevenson / et ál
36 Cambios antropogénicos como fuerzas evolutivas
39 Biodiversidad marina
Cristina López-Gallego
Néstor E. Ardila / Adriana Gracia
42 Diversidad y evolución de octocorales
Juan Armando Sánchez / Luisa F. Dueñas
Kostas Konstantinidis
71 Exploración de las unidades de la diversidad
microbiana
Kostas Konstantinidis
72 En busca de virus colombianos benéficos para
la salud
Martha J. Vives
51 Códigos de barras de ADN
Mailyn A. González
57 Infecciones humanas y biodiversidad
62 La evolución humana
María del Pilar Delgado Perafán / Carlos Jaramillo
María Mercedes Torres
73 “Islas” tróficas químicas a base de plantas
Larry Gilbert
74 La abundancia de los grandes micos atelinos
Pablo R. Stevenson
75 Plantas y el hombre
María Pinilla / María Fernanda Torres / Santiago Madriñán
76 Especiación por hibridación en mariposas Heliconius
Mauricio Linares
78 Ecología molecular
Susana Caballero
79 ¿Por qué es tan alta la diversidad de aves en
Colombia?
Daniel Cadena
81 Origen de la diversidad genética de la población
colombiana
Gabriel Bedoya
83 Los neoecosistemas
Gustavo Kattan
85 Una muestra de la biodiversidad colombiana
a través de la investigación
47 Amenazas a la biodiversidad marina
68 Resúmenes de conferencias del encuentro
70 Cuantificación de la función de transferencia
horizontal de genes en la evolución bacteriana
Museo de Historia Natural de la Universidad de los
Andes, ANDES
104 Concurso de Fotografía 2010
106 Profesores nuevos
Colaboradores especiales
Catalina González, profesora asociada
Daniel Cadena, profesor asociado
Santiago Madriñan, profesor asociado
Núm. 12, febrero del 2012 / 6000 ejemplares
Número especial sobre biodiversidad
ISSN 1962 - 729X
ISSN ONLINE - 354X
© Universidad de los Andes, 2005
Prohibida la reproducción total o parcial
de esta obra sin la autorización escrita de los editores
Editor
Comité editorial revista Hipótesis
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Decano, Facultad de Ciencias / profesor asociado,
Departamento de Matemáticas
Juan Armando Sánchez Muñoz
Director de Investigaciones y Posgrados / profesor asociado,
Departamento de Ciencias Biológicas
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Profesora asociada, Departamento de Ciencias Biológicas
Editor asistente
Helena Groot de Restrepo
Profesora titular, Departamento de Ciencias Biológicas
Manuel Antonio Romero
Asesoría editorial
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Profesor titular, Departamento de Ciencias Biológicas
Felipe Castañeda, Ediciones Uniandes
Universidad de los Andes
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Antonio Manu Forero Shelton
Profesor asistente, Departamento de Física
Germán Andrés Prieto Gómez
Profesor asistente, Departamento de Física
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James Weston
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Carolina Franco
Directora, Departamento de Artes
Hermes Llain
Estudiante, Carrera de Química
Textos contracarátula
Murray Cooper
Santiago Madriñán
Seccion Profesores nuevos
Manu Forero
Diagramación
Leonardo Cuéllar
Foto de la portada: Diadema mexicana
Isla Malpelo, Pacífico colombiano
Corrección
Manuel Antonio Romero
EDITORIAL
¿Qué tanto conocemos
nuestra biodiversidad?
Como profesor de un curso del Ciclo Básico (Biodiversidad, Conservación y Desarrollo) que incluye una muestra
representativa de todas las carreras de la universidad, en
una de mis clases preferidas hago una reflexión al inicio
del semestre sobre nuestro conocimiento de la biodiversidad de Colombia en comparación con otras regiones
del mundo. Esta clase inicia con un ejercicio sencillo y
divertido, donde presento a los estudiantes, en paralelo,
videos cortos de animales que se encuentran en Colombia y otros que están en otros continentes, para que
entre todos recordemos sus nombres. Después de más
de seis años de hacer este ejercicio el resultado es el
mismo. Cuando aparecen las imágenes de los animales
de África, Asia o Europa, muchos estudiantes se adelantan dentro de los primeros milisegundos e interrumpen
contestando: “oso panda”, “cebra”, “pingüino”, “orangután”, “lémur”, este último algunas veces genera risas y
comentarios sobre el personaje Sabú mafú del Discovery
Channel. Sin embargo, mientras nos concentramos en
los videos de animales de nuestra región, como el yaguarundi, el ocelote, el ocarro, el churuco, el perro de
monte y la paca, entre otros, hay un silencio profundo
en el aula. Algunos con cierta timidez logran distinguir
el oso de anteojos, el erizo marino, la guacamaya y el
mico tití, pero si hacemos un balance, tenemos un conocimiento perfecto de la fauna carismática de otros continentes y nos rajamos en la de nuestro país. Continúo
la clase presentando cifras que ubican a Colombia entre
los primeros países megadiversos del mundo.
de los pocos mensajes que sé que, tras los años, los
estudiantes recuerdan. Por otro lado, el ejercicio es un
indicador de que podemos hacer más por lo que puede
ser la clave para el desarrollo sostenible de nuestro país:
la biodiversidad.
Este número especial de Hipótesis presenta el momento
histórico de la actividad en biodiversidad durante el 2010
en la Universidad de los Andes. Cuando se me adjudicó la
tarea de ser el editor de este número, lo primero que se
me vino a la cabeza fue el problema que han tenido editores anteriores para reclutar artículos y contribuciones.
Afortunadamente, esto no fue un problema en esta oportunidad. De hecho, la tarea difícil ha sido todo lo contrario,
organizar de la mejor manera tanto y tan buen material;
esto gracias a la celebración durante el 2010 del Año Internacional de la Biodiversidad en la Universidad de los
Andes. Sobre este evento, Catalina González hace referencia más adelante, quien además diligentemente lideró su
organización. Gracias a esto, contamos con resúmenes de
casi todos los ponentes nacionales e internacionales, así
como artículos cortos de varios participantes del evento.
El rango de las contribuciones es enorme, así como lo
Pese a que vivimos en un país con más especies de
aves y ranas que cualquier otro, asimismo con cientos
de mamíferos y decenas de miles de plantas, en nuestras experiencias pasadas la interacción con esta megadiversidad ha sido escasa, si no, ausente. ¿Cuántas
especies de plantas o animales nativos conoce un colombiano promedio?
Este ejercicio siempre ha generado una retroalimentación muy positiva dentro del curso, aumentando el
interés y la motivación por el tema. También es uno
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 3
es la biodiversidad. Dentro del mismo evento, un esfuerzo
liderado por Santiago Madriñán, coordinador del Museo de
Historia Natural (ANDES), describe en detalle el repositorio de biodiversidad presente hoy en día en la Universidad
de los Andes. Siendo el museo un proyecto tan reciente,
es sorprendente el cubrimiento de organismos que tiene
actualmente, así como la fuerte sinergia con la docencia
e investigación en biodiversidad que se realiza en la Facultad de Ciencias. Estos apuntes científicos, todos con
el eje central de la biodiversidad y su problemática actual,
además de ser una fuente de divulgación de las ciencias,
que ha caracterizado a Hipótesis, son una muestra representativa de las tendencias de investigación en esta área.
El lector de este número encontrará una muestra representativa de la situación actual en biodiversidad, que se
puede reducir a dos tendencias: descubrimientos y amenazas. La biodiversidad es ahora más que nunca una
fuente, casi sin límites, de nuevos descubrimientos. La
biodiversidad de especies —la escala de estudio más
sencilla en esta área— para muchos grupos de organismos, y en especial de microorganismos, está aún por
determinarse, así como el origen de dicha biodiversidad,
en especial en lugares tan megadiversos como Colombia, pues hasta ahora se están empezando a revelar
los procesos evolutivos que han llevado a la formación
de nuevas especies. Nuevas tecnologías para acceder
a otras escalas de la biodiversidad, como la genómica
y bioinformática, están develando los misterios más
profundos de la biología de los organismos vivos. Sin
embargo, por estos mismos días la biodiversidad está
más amenazada que nunca: la degradación ambiental,
en todas sus dimensiones, producto de un desarrollo
desenfrenado, está ocasionando extinciones de especies
y la pérdida de ecosistemas tanto marinos como terrestres. Más preocupante aún es la pérdida de los valiosos
servicios ecosistémicos esenciales para la vida cotidiana:
agua potable, aire puro, alimentos, productos, fármacos
naturales, entre otros.
Finalmente, quiero agradecer de manera especial a los
contribuyentes de este número por sus valiosos aportes.
Particularmente, quisiera agradecer a Catalina González,
así como al comité editorial, en especial a Manuel Antonio Romero, Santiago Madriñan, Manu Forero y Carlos
Montenegro. A Ediciones Uniandes y Felipe Castañeda
por su asesoría. Igualmente, lo correspondiente a todo el
equipo de la decanatura de la Facultad de Ciencias por
su compromiso incondicional con la revista. •
Juan Armando Sánchez M., Ph. D. / Director de Investigaciones y Posgrados 2009-2011 / Facultad de Ciencias
Cardumen de Sphyraena idiastes, Malpelo, Colombia
4 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 12, febrero del 2012
Viviana Berrío M.
Bio/notas
Primer registro para Colombia de la
cuatro narices
venezolana
Juan Salvador Mendoza R.
Estudiante de Biología de la Universidad de los Andes
Viviana Berrio M.
Bióloga de la Universidad de Pamplona, Norte de Santander
En el territorio colombiano habitan 17 especies de vipéridos de los cuales cuatro pertenecen al género Bothrops: Bothrops asper,
Bothrops atrox, Bothrops brazili y Bothrops
punctatus. El 24 de septiembre del 2009 se
encontró una hembra de Bothrops venezuelensis, conocida en Venezuela como víbora
Mapanare o Tigra mariposa, en las inmediaciones del Parque Nacional Tamá ubicado
en el departamento de Norte de Santander,
Colombia. Debido a las restricciones impuestas por Parques Nacionales de Colombia para
la colecta, se depositaron las fotografías del
ejemplar hallado en la colección de vouchers
fotográficos del Milwaukee Public Museum
bajo los códigos MPM Herp catalogue P759 y
P760. Esta especie se ha reportado con anterioridad en la cordillera de la costa en el centro de Venezuela. Este es el primer registro
de esta especie para Colombia ampliando su
rango de distribución 202 kilómetros desde
la localidad venezolana más cercana. Este
hallazgo contribuye al conocimiento de una
especie con importancia clínica, la cual posee
un veneno con un alto potencial tóxico, que
no ha sido incluido en la elaboración de sueros antiofídicos en nuestro país, lo que trae
consigo la posibilidad de que el suero polivalente anticrotálico distribuido en Colombia no
sea eficiente en la neutralización de su veneno. Esta especie se suma a un total de ocho
especies de víboras presentes en el Parque
Nacional Tamá, haciendo de esta área protegida una zona muy diversa en serpientes.
Las zonas limítrofes de Norte de Santander,
incluyendo el Tamá, aún no han sido totalmente inventariadas y su fauna herpetológica
permanece escasamente conocida. •
Viviana Berrío M.
Fig. 1. Hembra de Bothrops venezuelensis, obsérvese la presencia de pocas marcas dorsales muy espaciadas entre sí (MPM, Herp catalogue P759)
Fig. 2. Imágen del ejemplar en vida enrollado sobre la
hojarasca en el piso del bosque húmedo en las inmediaciones del parque Tamá (MPM, Herp catalogue P760)
Imagen: LMC Photography
Bio/notas
El invasor del Pacífico
El movimiento de organismos de un ecosistema a otro es un proceso que se ha dado a
lo largo de toda la historia de la tierra. Sin embargo, los procesos actuales de traslado de
especies como consecuencia de actividades humanas son muy diferentes de los procesos que se dan naturalmente. Se tienen registros de la introducción de especies en el
océano como consecuencia de actividades muy antiguas como el traslado de moluscos
por parte de los vikingos en los siglos XV y XVI. Las embarcaciones utilizadas por los
exploradores europeos fueron una de las vías de traslado de especies de un lugar a otro.
Pero fue hasta el siglo XIX cuando el impacto sobre los ecosistemas marinos se evidenció debido al drástico aumento en la actividad marítima, lo que implicó el transporte de
enormes cantidades de agua en las embarcaciones, generando la introducción de un
gran número de organismos. Este medio de dispersión de especies se incrementó durante el siglo pasado y continúa de esta forma en la actualidad, llegando a lugares antes
inexplorados del océano. En la actualidad se estima que alrededor de 7000 especímenes y 10 mil millones de toneladas de agua de lastre son transportadas al día en todo
el mundo, cifras que reflejan la magnitud de la situación. Esto, sumado al impacto del
calentamiento global, la contaminación y la explotación de recursos marinos, crea una
serie de condiciones que pone en alto riesgo la permanencia de ecosistemas marinos.
Se ha determinado que las principales rutas por las cuales llegan ejemplares de especies exógenas a los hábitats oceánicos son el agua de lastre, el encrustamiento de
organismos en los cascos de las embarcaciones, el transporte de equipos de pesca,
acuicultura, maricultura, acuarios, cebos vivos y desechos humanos. La presencia de
estos individuos foráneos puede significar toda una serie de impactos en el ambiente,
en los organismos nativos y en las poblaciones humanas locales como:
a)
b)
c)
d)
Impactos ambientales: Depredar especies nativas, competir con ellas, transportar enfermedades y patógenos, lo cual acarrea un desequilibrio en el ecosistema,
en el ciclo de nutrientes y en la calidad del agua.
Impactos sanitarios: Transmitir parásitos o provocar enfermedades en animales y
humanos. Afectar sitios importantes en la recreación de las personas.
Impactos económicos: Afectar especies importantes para la industria pesquera.
Causar interferencia en la pesca o en la movilidad de embarcaciones debido a
daños de infraestructura, lo que eleva los costos de funcionamiento de las empresas provocando pérdidas económicas.
Impactos culturales: Afectar especies que constituyen un recurso vital para ciertas poblaciones humanas, hábitats de importancia cultural y de reserva de recursos, como sitios declarados patrimonio de la humanidad, parques nacionales
y áreas marinas protegidas.
A pesar de que en la mayoría de los casos el asentamiento de especies exógenas falla,
hay ocasiones en las que por varios factores un organismo tiene éxito y logra asentarse
en el nuevo ambiente. Los primeros parámetros influyentes son las características del
hábitat, tales como la composición y riqueza de especies, la conectividad en la red trófica y la presencia de factores como la contaminación. En lugares con alta diversidad
Fotografías: Stefanía Gutiérrez
Stefanía Gutiérrez / Bióloga de la Universidad de los Andes
a.
b.
c.
d.
Figura 1. a. Se observa cómo Carijoa riisei envuelve un octocoral
nativo. b. Muerte del tejido debido a Carijoa riisei. c. Octocoral afectado
por Carijoa riisei. d. Colonia casi muerta en su totalidad.
a.
b.
Figura 2. a. Se observa cómo se ven los ecosistemas
antes de ser afectados por Carijoa riisei y la variedad de
octocorales. b. Lugar dominado por Carijoa riisei, se observa
cómo homogeneiza el ecosistema.
de especies es muy poco probable que un
individuo exótico pueda asentarse debido a
la competencia con las especies nativas. Por
esta razón, es factible que un ecosistema con
un buen funcionamiento resista mejor las introducciones de especies exóticas.
Los otros aspectos se refieren a la manera como se da el proceso de introducción,
empezando con la secuencia histórica de la
colonización, ya que de esto depende cómo
responde el ecosistema a las siguientes inmigraciones. Se ha observado que la tasa de
éxito de las invasiones incrementa con la densidad de organismos foráneos. Por esta razón,
los mecanismos masivos de transporte hacen
más susceptibles los ecosistemas, ya que aumenta el número de individuos y de especies
que son trasladados.
Finalmente, hay algunas especies que tienen
una serie de características tales como: altas
tasas de reproducción y de crecimiento, amplios rangos de tolerancia a variables como
salinidad y temperatura. Estos organismos pueden adaptarse a nuevas condiciones ambientales rápidamente y tener éxito en nuevos hábitats, colonizar nuevos lugares e incrementar
rápidamente su población, lo que lleva a que a
estas especies se les conozca como invasoras.
En estos momentos en el grupo de investigación
de Biología Molecular Marina (BIOMMAR) se
está llevando a cabo un estudio acerca del octocoral Carijoa riisei, conocido como un organismo
invasor, debido a que causó la mortalidad de un
90% de colonias de corales negros en Hawái,
especies económicamente importantes. Debido
al gran impacto económico que implicó su llegada a Hawái ha sido objeto de estudio. Este octocoral presenta las características de un invasor,
como un rápido crecimiento, una reproducción
continua y una dieta poco especializada. De las
343 especies exógenas presentes en Hawái,
Carijoa riisei es la especie que presenta mayor
proliferación y abundancia, lo que demuestra el
alto potencial invasivo de esta especie.
En Colombia Carijoa riisei ha sido observado en
varias zonas del Pacífico como las islas de Malpelo y Gorgona, y cerca del continente en un
sitio conocido como cabo Corrientes. En esta
última zona se ha observado una afectación de
las especies de octocorales nativas: el organismo compite por el espacio y crece activamente
sobre las otras colonias causándoles muerte
del tejido y finalmente matando los individuos.
Según buzos locales, Carijoa riisei empezó a
ser visto hace unos ocho años y desde entonces sus poblaciones han aumentado drásticamente, incluso hay lugares donde ahora
Carijoa riisei es la especie dominante. Antes
de que esta especie invasora fuera observada,
los sustratos rocosos estaban ocupados por
una gran variedad de octocorales, por lo que
el panorama estaba conformado por un sinfín
de colores y formas, además de la presencia
de innumerables animales asociados en su
gran mayoría a los octocorales, infortunadamente muchos de estos han desaparecido
a una tasa alarmante. Transformando estos
diversos ecosistemas en zonas blancas dominadas por Carijoa riisei .
¿De dónde viene este organismo si hasta
hace una década fue observado en el Pacífico
oriental tropical? Se cree que Carijoa riisei fue
introducido de manera accidental al Pacífico,
debido a que su primera descripción se realizó
en 1860 en las islas Vírgenes en el Caribe y
los posteriores reportes de Carijoa riisei tam-
bién fueron realizados en el Caribe. El primer
reporte de Carijoa riisei en el Pacífico fue en
1972 en Pearl Harbor, Hawái, donde se cree
que su introducción estuvo relacionada con
el flujo de embarcaciones y al agua de lastre,
debido a su presencia en puertos y muelles en
una alta densidad. Sin embargo aún no está
claro el lugar de origen de este organismo, ni
cómo ha sido su dispersión. Hay argumentos
que soportan una segunda hipótesis, según la
cual Carijoa riisei es originario del Indo Pacífico,
pues los resultados de análisis moleculares de
los recientes estudios y la presencia de un depredador especializado de Carijoa riisei en este
lugar así lo sugieren. Los estudios realizados en
el laboratorio BIOMMAR dan indicios de que el
origen de la invasión de Carijoa riisei en el Pacífico colombiano es del Caribe, lo que concuerda con las primeras ideas acerca de su origen.
La actual afectación de los octocorales nativos
del Pacífico colombiano, debido a la invasión
de Carijoa riisei, es un tema relevante debido
al importante papel ecológico de estas especies y a que su diversidad aún no se conoce
en su totalidad, adicionalmente esta es una
zona bastante aislada, por lo que la dieta de
sus habitantes, se basa principalmente en recursos marinos. De modo que si se presenta
un desequilibrio en este ecosistema, esto podría acarrear no solo una problemática ambiental sino también social.
Por esto es de vital relevancia seguir con el
monitoreo en estas zonas y continuar con las
investigaciones que permitan resolver los interrogantes acerca de la especie Carijoa riisei
y mostrar cómo las actividades humanas están alterando tan drásticamente la naturaleza
y lo que esto conlleva. •
Figura 3. Pescador de la zona. Esta actividad es la fuente
de ingreso de muchas de las personas del lugar.
Publicaciones destacadas
de la Facultad de Ciencias
La belleza está en los oídos del que la oye
distribución espacial del ruido, y grabar
y analizar estadísticamente el canto de
cada una de estas especies, se fabricaron sonidos en computador que en su
mayoría ni siquiera existen naturalmente,
pues representan combinaciones matemáticas de los cantos de diferentes especies. Posteriormente, los experimentos
de playback permitieron preguntar qué
tanta variación en los cantos toleran las
ranas hasta no reconocerlos como propios. Cuando uno de estos sonidos es
reconocido, los machos territoriales se dirigen rápidamente a un parlante buscando al intruso que debe ser atacado. Las
respuestas de más de 500 machos fueron utilizadas para desarrollar novedosos
modelos mentales sobre los parámetros
físicos que utiliza cada especie para reconocer otros individuos de su propia especie. Los resultados mostraron, por primera vez para la ciencia, que cada especie
de la comunidad ajusta un mapa mental
de sonidos que va filtrando el canto de las
otras especies según el riesgo de interfeAdolfo Amézquita
La realidad supera el sueño del Nobel
Konrad Lorenz, expresado en su libro
Hablaba con las bestias, los peces y los
pájaros. Los computadores permiten fabricar y modificar sonidos e imágenes,
que luego son presentados a los animales como posibles mensajes, al tiempo
que se estudia su respuesta. Estos experimentos de reproducción (playback) han
sido utilizados para resolver problemas
en neurofisiología, etología (comportamiento animal), psicología, y hasta mercadeo y publicidad. En esta investigación,
cientos de experimentos de playback han
sido utilizados para entender cómo lidian
los cerebros animales con el problema de
comunicarse en ambientes ruidosos. En
una reserva natural amazónica, donde se
presenta la riqueza y densidad probablemente más altas de ranas venenosas, los
machos de por lo menos nueve especies
cantan simultáneamente mientras intentan defender sus territorios, generando
un nivel de ruido que debería impedir
la comunicación. Después de analizar la
Figura 1. En Amézquita et ál. PNAS, 108 (41) with permission
rencia que cada una representa. Aunque
sus oídos perciben casi todo el ruido ambiental, su cerebro filtra sofisticadamente
aquello que les conviene oír. Este resultado permitió replantear hipótesis sobre la
manera como los cerebros lidian con el
exceso de información, es decir, extraen
la información relevante en un entorno
ruidoso; muy cerca del corazón mismo
de los procesos de atención. •
“Acoustic interference and recognition space within a complex assemblage of dendrobatid frogs”, en PNAS, 108 (41):
17058–17063, octubre del 2011.
Adolfo Amézquita (profesor
titular, Departamento de Ciencias
Biológicas, Universidad de los
Andes), Sandra Victoria Flechas
(estudiante doctoral, Departamento de Ciencias Biológicas,
Universidad de los Andes), Albertina Lima, Herbert Gasser, Walter
Hödl.
El genoma de Selaginella
nos permite encontrar cambios en el contenido
genético asociados con la evolución de las plantas
vasculares
Purdue University
licófito, como la Selaginella moellendorfii.
El estudio de este organismo nos permitió inferir, a partir de la comparación con
otras plantas, que el desarrollo del sistema vascular requirió de la evolución de
516 genes nuevos, y que el desarrolló de
las semillas se vio facilitado por la innovación representada en 1350 genes más.
Selaginella moellendorfi
Las plantas que colonizaron el ambiente
terrestre empezaron a divergir hace más
de 450 millones de años. Los principales
linajes que existen actualmente, resultado de esa divergencia, son los musgos,
los licófitos y las plantas con hojas verdaderas (helechos y plantas con semillas).
Desde el año 2000 conocemos los genomas completos de varias angiospermas
(plantas con flores), por ejemplo, Arabidopsis thaliana, Oryza sativa (arroz). Desde el 2008 conocemos el genoma completo del musgo Physcomitrella patens, lo
que nos permitió proponer algunos rasgos moleculares importantes en la colonización del ambiente terrestre. Pero para
conocer las características moleculares
que llevaron al desarrollo de vasos reales
de transporte de nutrientes en las plantas
era necesario conocer el genoma de un
En el desarrollo de este estudio participaron mas de 100 investigadores de 11
países alrededor del mundo. Este estudio
fue liderado por la dra. Jo Ann Banks de
la Universidad de Purdue en Estados Unidos de América. Su realización se dio en
buena medida gracias a la participación
del Joint Genome Institute adscrito al Departamento de Energía de Estados Unidos
de América.
En Colombia las especies del género
Selaginella se conocen como doradilla y
se emplean principalmente como planta
ornamental. Se encuentra principalmente
en la región sur y oriental en los departamentos de Amazonas, Caquetá, Cauca,
Guainía, Guaviare, Meta, Nariño, Vaupés
y Vichada.
Hoy en día en Colombia este tipo de estudios de genómica se pueden empezar a
realizar gracias al apoyo del Gobierno nacional con la puesta en marcha del Centro Nacional de Secuenciación Genómica
ubicado en la Universidad de Antioquia
en Medellín y la instalación de equipos de
secuenciación usando diferentes tecnologías en diferentes institutos. •
“The Selaginella genome identifies genetic changes associated
with the evolution of vascular
plants”, en Science, 332(6032):
960–963, mayo del 2011.
Diego Mauricio Riaño Pachón.
Biólogo de la Universidad Nacional de Colombia, hizo un doctorado en Fisiología Molecular Vegetal en la Universidad de Potsdam
en Alemania, y un postdoctorado
en Biología Computacional y
Bioinformática en el Instituto Max
Planck de Fisiología Molecular
Vegetal en Potsdam, Alemania.
Desde agosto del 2010 es profesor asistente del Departamento
de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, donde dirige el grupo de Biología Computacional y Evolutiva al que se han
vinculado estudiantes de pregrado, de maestría y de doctorado.
Entre los intereses del doctor Riaño Pachón se encuentra el estudio de las redes de regulación de
la transcripción en organismos
eucarióticos y como han evolucionado estas. Otro de los intereses que se adelanta en su grupo
de investigación es el desarrollo
de sistemas computacionales
que permitan la integración de
datos provenientes de tecnologías de alto rendimiento.
CELEBRACIÓN DEL
AÑO INTERNACIONAL
DE LA BIODIVERSIDAD
EN LA UNIVERSIDAD
DE LOS ANDES
Murray Cooper
Murray Cooper
Biodiversidad, un asunto de vida
Catalina González Arango
Casi dos décadas después de la creación del Convenio sobre
Diversidad Biológica con el que el mundo reconoció que la biodiversidad es un asunto que nos incumbe a todos, nos volvemos
a poner cita alrededor de este eje central de nuestra existencia
y destino como seres humanos. Aunque hayamos reconocido
una y otra vez que Colombia tiene una posición privilegiada en
términos de diversidad biológica pues es considerada como uno
de los 17 países megadiversos, porque alberga en su territorio
al menos tres hotspots de biodiversidad, porque es uno de los
países con mayor número de especies, o porque es el primero
en número de especies de anfibios y aves, el segundo a nivel de
plantas, el tercero en reptiles y el quinto en mamíferos, Colombia
también tiene el 6,5 % de sus especies en la categoría de amenazadas, cerca del 30 % de sus bosques naturales ya han sido
totalmente talados y casi todo su territorio está en la mira de las
concesiones mineras.
La realidad es que la rica diversidad se está perdiendo a gran
velocidad, en gran parte debido a actividades humanas como
la deforestación, la sobreexplotación de recursos, la contaminación, la urbanización y el cambio climático, lo que ha modificado, de manera directa o indirecta, virtualmente, todos los
ecosistemas del planeta a un ritmo sin precedentes. Ante la
gran crisis de pérdida de biodiversidad mundial, las Naciones
Unidas proclamaron el año 2010 como el Año Internacional de
la Diversidad Biológica, con la intención de salvaguardar esta
riqueza natural insustituible y para reducir su pérdida, lo que no
solo afecta el suministro de bienes y servicios, sino que también
afecta nuestra identidad cultural y espiritual. La Universidad de
los Andes se unió a esta conmemoración y como una iniciativa
conjunta del Departamento de Ciencias Biológicas, la Facultad
de Ciencias y la Decanatura de Estudiantes, programó una amplia gama de actividades relacionadas con la celebración de la
biodiversidad y de su papel en nuestras vidas.
Tuvimos el Primer Concurso Nacional de Fotografía: Biodiversidad: una reflexión visual sobre la coexistencia, donde se invitó a
que los fotógrafos capturaran a través de sus lentes, un instante
de reflexión sobre la coexistencia entre seres vivos, y en especial
entre el ser humano y la biodiversidad de la que él hace parte
y depende. En total se recibieron más de 270 imágenes de fotógrafos entre profesionales y aficionados, provenientes de 17
ciudades colombianas y 5 países, de las que se seleccionaron
42 fotografías que se exhibieron entre el 20 de octubre y el 3 de
noviembre en la sala de exposiciones El Galpón.
Se abrieron las puertas de la sala de exposiciones Julio Mario
Santo Domingo del 19 de octubre al 5 de noviembre para que
el público uniandino y externo visitara la hermosa exposición La
biodiversidad es vida, es nuestra vida, donde tuvimos exhibida
Por último, convocamos al evento académico internacional Encuentro con la Biodiversidad 2010, que se llevó a cabo los días
21, 22 y 23 de octubre, donde contamos con la participación
de un diverso grupo de investigadores de reconocida trayectoria
tales como: Larry Gilbert, Peter Andolfatto, Kostas Konstantinidis, Rafael Andrade, Gustavo Kattan, Carolina Murcia, María
Mercedes Zambrano, Santiago Díaz Piedrahita y Luisa Fernanda
Lema. La comunidad científica uniandina también estuvo bien
representada por un nutrido público y por la participación de los
investigadores Andrew Crawford, Susana Caballero, Daniel Cadena, Silvia Restrepo, Juan Armando Sánchez, María Mercedes
Torres, Maylin González, Néstor Ardila y Óscar Laverde. Durante
tres días hicimos un recorrido por temas tan diversos como: la
genómica, los neoecosistemas, la inminente pérdida de especies, las razones que explican la alta diversidad en el trópico, la
diversidad genética de los colombianos, los códigos de barras de
ADN y el papel de la ciencia en la conservación de la biodiversidad, entre muchos otros. Este diálogo entre saberes permitió a
los asistentes adquirir una mirada actual y crítica sobre algunos
de los problemas científicos centrales relacionados con la actual
crisis de biodiversidad.
De esta manera, en este número de Hipótesis queremos dejar
un testimonio de la programación que ofrecimos en la Universidad de los Andes durante el 2010 y esperamos que con esto
sigamos estimulando nuevas miradas creativas y esperanzadoras frente a los problemas que aquejan nuestra biodiversidad. •
Óscar Laverde
por primera vez en Colombia la muestra itinerante diseñada por
las Naciones Unidas para celebrar el Año Internacional de la Biodiversidad. Los más de 2000 asistentes a la muestra pudieron
disfrutar de un recorrido científico, artístico y sensorial a través
del concepto de biodiversidad, de su valor para la humanidad y
de las mayores amenazas que atentan contra ella. Allí también
tuvimos la oportunidad de sacar, por primera vez a la luz pública,
algunas de las colecciones de nuestro Museo de Historia Natural
que apoyan la labor diaria de investigación y de docencia del Departamento de Ciencias Biológicas. Con estantes llenos de aves,
mamíferos, reptiles y anfibios, invertebrados marinos, plantas,
hongos, bacterias, tejidos de ADN, polen e insectos, pudimos
apreciar la vasta diversidad de formas que se identifican, catalogan y preservan cuidadosamente en el museo, convirtiéndolo en
un patrimonio científico invaluable.
RESEÑA AUTOR
Catalina González Arango, Ph. D.
Profesora asistente del Departamento de
Ciencias Biológicas de la Universidad de los
Andes y coordinadora de los eventos del Año
Internacional de la Biodiversidad.
Encuentros y reencuentros
con la biodiversidad en Colombia
El nombre de esta reunión suscita algunas reflexiones. Cuando
se habla de encuentros con la biodiversidad pueden emerger
dos preguntas: ¿quién se encuentra?, ¿dónde se encuentra?
Aquí es fácil responderlas. Se trata de un encuentro de una
comunidad científica con la biodiversidad en una universidad.
Pero si esta comunidad científica se pregunta a sí misma acerca
de otros encuentros, los de los colombianos, por ejemplo, las
respuestas son más difíciles. ¿Qué encuentros han tenido los
colombianos con la biodiversidad?, ¿dónde?, ¿cuándo?, ¿con
qué resultados? Las preguntas pueden ser mucho más difíciles si la biodiversidad se trata en sus tres niveles: el genético,
el de las especies y el de los ecosistemas, porque entonces el
sujeto que se encuentra pierde su supuesta homogeneidad y
caben muchas otras preguntas. Por ejemplo: ¿cómo se han
beneficiado los colombianos de sus propios encuentros con la
biodiversidad?, ¿cómo se ha beneficiado la biodiversidad de sus
encuentros con los colombianos?
Para contestar la primera, propongo un recuento histórico que
incluya los siguientes encuentros: el de los inmigrantes asiáticos
que llegaron al país hace decenas de miles de años y el de los
indígenas precolombinos, sus descendientes, con los genes, las
bacterias, los virus y las especies europeas en el siglo XVI; el de
la colonia con el pensamiento ilustrado y la Expedición Botánica,
el reencuentro de las especies del geotrópico con la biodiversidad de los trópicos africanos y asiáticos; el de la biodiversidad
bacteriana con los antibióticos y el de los colombianos con el
comercio internacional de las especies psicotrópicas.
Todos estos encuentros y desencuentros han generado cambios importantes en los procesos que identifican a nuestro país;
seríamos muy diferentes si no hubieran ocurrido, no es posible
decir qué tan benéficos han sido pero podemos especular cómo
sería el país si los migrantes asiáticos no hubieran encontrado
aquí el sinnúmero de frutas y raíces comestibles o si los chinos
hubieran llegado antes que los españoles o si se hubiera prohibido la entrada de los pastos y las frutas de los trópicos antiguos
o si los criollos no se hubieran ilusionado con el valor de la botánica o si la penicilina no se hubiera inventado o si ningún colombiano se hubiera atrevido a exportar marihuana. Sin duda todos
estos eventos han influido en la magnitud de nuestra población
actual, en sus costumbres, en su energía, en sus industrias, en
sus pasiones y en general en sus destinos
El segundo punto que se debe resaltar es el de los beneficios
económicos de la biodiversidad en nuestro país. En la actualidad, como esta reunión lo acredita, estamos en medio de
un séptimo encuentro, el de Colombia con lo que pudiera llamarse, con algo de irrespeto, la retórica de la biodiversidad.
Encuentro que se inició en la década de 1980 y que hoy está
muy presente en las políticas y los discursos. La “riqueza de
nuestra biodiversidad” es ya casi un sobreentendido. Detrás de
esa idea de que la biodiversidad puede conducir a un mayor
y más acelerado crecimiento económico de los países pobres
está la importancia que se le ha dado a las posibilidades de
la bioprospección, del biocomercio y de todas las actividades
tendientes a obtener nuevos productos fundamentados en esa
biodiversidad. Sin embargo, pasados más de veinticinco años,
los resultados del auge del interés y de las inversiones en este
campo están lejos de las expectativas de científicos, empresarios y gobernantes. Tal vez los resultados más importantes han
sido los del Natural Products Drug Discovery and Development
Program del National Cancer Institute de los Estados Unidos de
Norteamérica [1]. Entre 1960 y 1982 este programa examinó
aproximadamente 35.000 muestras de plantas que representaban entre 12.000 y 13.000 especies, y procesó 114.000
extractos. De esta actividad solamente dos productos avanzaron hasta convertirse en productos comerciales: el Taxol y
la Camptothecin. El mayor esfuerzo mundial para aprovechar
económicamente la biodiversidad fue dado en 1991 por Costa
Un último punto es el del estado de la biodiversidad en Colombia. En Colombia las políticas ambientales de los últimos treinta
y cinco años han tenido como uno de sus objetivos principales la
protección de esa riqueza representada por nuestra megabiodiversidad. Sin embargo, lo poco que se sabe acerca de los cambios en nuestra biodiversidad dice que los resultados de esas
políticas distan bastante de lo deseable; ni la hemos usado en
forma sostenible ni hemos logrado evitar su disminución.
Algunos procesos de deterioro llevan casi cuarenta años, como
el indicado por la disminución de las pesca de especies de aguas
dulces, de aproximadamente 70.000 toneladas anuales a menos de 7000. Otros llevan más tiempo, como la deforestación:
un reciente informe del Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales (IDEAM) habla de 2.500.000 hectáreas en
los últimos diez años y una investigación del SINCHI, presentada
en la primera sesión de este congreso, encontró que alrededor
de 700.000 hectáreas de bosque amazónico habían desaparecido entre el 2003 y el 2007. •
Óscar Laverde
Rica al crear el Instituto Nacional de Biodiversidad (Inbio) [2] y
el primer gran paso fue la realización de un acuerdo de colaboración en investigación con Merck & Co. De este acuerdo,
por el cual Merck daba un anticipo de un millón de dólares,
no quedó una sola medicina patentada. A pesar de una falta
de interés de los inversionistas que dura ya varios años y que
puede ser motivada por el alto costo de las inversiones necesarias (entre 800 y 1500 millones de dólares para una medicina en el mercado), por los años necesarios (alrededor de 12
años), por la incertidumbre del resultados (una molécula entre
10.000 resulta “aprobada”) o por la renuencia de los países a
establecer contratos con las empresas multinacionales, hoy se
habla de un “renacimiento en la prospección”[3] motivado por
un redireccionamiento de las actividades hacia el análisis del
potencial de organismos marinos, de organismos encontrados
en situaciones ecosistémicas extremas, extremófilos, y de organismos que viven en simbiosis con plantas y animales, simbiontes. En un reciente análisis de los hallazgos productivos
se relacionan 32 compuestos naturales obtenidos en el medio
marino que hoy se tratan de convertir en medicinas comerciales, ninguno de ellos se trabaja en un país pobre, y en su
desarrollo intervienen siempre universidades norteamericanas
y europeas.
REFERENCIAS
[1] Cragg, G. & Newman D. (2009) “Access
issues related to the USA National Cancer Institute (CNCI) Natural Products Drug
Discovery and Development Program” en
Bhatti, S. et ál. (eds.), Environmental Policy
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[2] Tamayo, G.; Guevara, L. y Huertas, A.
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and bioprospecting in Costa Rica: scientific,
technological and legal impacts” en Bhatti,
S. et ál. (eds.), Environmental Policy and
Law Paper, núm. 67/4.
[3] Carrizosa, S. (2009) “Science, technology
and the renaissance of bioprospecting: a
comparative analysis” en Bhatti, S. et ál.
(eds.), Environmental Policy and Law Paper, núm. 67/4.
RESEÑA DEL AUTOR
Ingeniero civil de la Universidad Nacional de Colombia, magíster en economía de la Universidad
de los Andes y magíster en administración pública
de la Universidad de Harvard. Miembro de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y
Naturales. Se ha desempeñado como director del
Instituto Geográfico Agustín Codazzi y gerente del
Inderena.
Un mundo de clasificaciones
y visiones
Óscar Laverde
Los seres más grandes del universo crearon el mundo,
pero no lo organizaron así como lo tenemos ahora, lo crearon
sin control, por eso se llama el mundo sin rumbo…
El hombre con su inteligencia tendrá que darle al mundo
un control fijo, hasta que la humanidad domine la tierra
o la acabe por su propia decisión…
El mundo sin rumbo, mito de origen upichía
El conocimiento tradicional de los pueblos indígenas y aborígenes en diferentes partes del mundo está determinado por las
relaciones cotidianas que establecen con su entorno inmediato
[1]. Prácticas materiales y culturales en el diario vivir como el
trabajo mismo, la cacería, la pesca, los bailes rituales, la vida espiritual, el arte y la educación son aprendidas mediante asociaciones simbólicas con los ciclos de la naturaleza [2]. El simbolismo se manifiesta en la tradición oral mediante historias, donde
se cuenta el origen mitológico de las especies y en muchos
casos se describe el papel ecológico de cada especie dentro
de los sistemas naturales. Dentro de estas historias, los personajes (plantas, animales y algunos dioses) tienen un nombre y
en muchos casos pertenecen a ciertas agrupaciones que desde
una visión occidental podrían ser análogas a algunas categorías
taxonómicas. De hecho algunos etnozoólogos las han llamado
etnofamilias o etnogéneros, dependiendo de las reglas de clasificación que sean utilizadas [3, 4]. Este profundo conocimiento
de las especies, de los ciclos de la naturaleza y de todas sus
relaciones ecológicas permitía a muchas comunidades nativas
alrededor del mundo un manejo adecuado de su entorno [5].
Desde los antiguos exploradores hasta nuestros tiempos ha sido
reconocido el profundo conocimiento de la fauna y flora que tie-
nen las poblaciones nativas en diferentes partes del mundo [6]. El
mismo Wallace, durante algunas de sus expediciones por el archipiélago malayo, resalta la importancia del conocimiento de los
nativos de su entorno natural. “But what I valued almost as much
as the birds themselves was the knowledge of their habits, which
I was daily obtaining both from the accounts of my hunters, and
from the conversation of the natives…” [7]. Un detalle que cautivó
a Wallace fue el descubrimiento de las asambleas de cortejo de
las aves del paraíso de la mano de un nativo en las Islas de Aru.
Los nativos de esta isla llamaban sacaleli a las congregaciones de
las aves del paraíso (leks) y conocían el tipo de árboles que usaban
para reunirse. Curiosamente, Wallace pensaba que eran árboles
con gran oferta de frutos, pero eran sitios abiertos donde las aves
podían exponer sus plumajes y realizar sus despliegues.
La ciencia occidental se podría considerar similar a la ciencia
tradicional, pues las dos, en su origen, se basan en la acumulación de observaciones [5]. Para el antropólogo Claude LeviStrauss [8] la ciencia occidental y la tradicional son dos formas
paralelas de conocer el universo; la principal diferencia es que
la primera aproximación es supremamente concreta y la segunda es supremamente abstracta [5]. Sin embargo, independientemente de la perspectiva y la aproximación, las dos formas
buscan entender el mismo mundo, por lo tanto se podrían considerar como observadoras independientes de la misma realidad.
Una de las preguntas más importantes en biología ha sido si
las entidades que conocemos y nombramos como especies son
reales. Para Darwin las especies eran construcciones artificiales
de la mente o abstracciones de la realidad para poder hacerla
discreta y estudiarla: la naturaleza es continua y solo percibimos
las variaciones que se dan en esta. Los hechos científicos, que
parten de preguntas concretas se derivan principalmente de la
concordancia entre observadores independientes. Esta premisa
permite proponer un método para evaluar qué tan reales pueden
ser las especies.
Varios investigadores en diferentes regiones del mundo han estudiado algunos sistemas de clasificación de plantas y animales
realizados por varias etnias alrededor del mundo. Una de las primeras evidencias, o intentos por entender y comparar los sistemas de clasificación y nombramiento de animales, fue realizado
por Ernst Mayr [9]. Algunos nativos de las montañas de Arfak en
Nueva Guinea reconocían y nombraban 136 de las 137 especies
que Mayr registró en dicha localidad. Unos años después, Jared
Diamond [6] trabajó con una etnia que habitaba las tierras altas
de Nueva Guinea y encontró que había una correspondencia de
Fredy Gómez y Oscar Laverde
Figura 1. Psammisia pedunculata
A.C.Sm.
uno a uno entre los nombres científicos occidentales y los nombres en idioma Fore, donde alcanzaban a reconocer cerca del
80% de las especies registradas en la región.
Acercándonos un poco a nuestro entorno, Colombia es un país
muy diverso biológica y culturalmente. En la Amazonía colombiana aún encontramos muchas etnias indígenas que poseen un
amplio conocimiento de los ciclos de los bosques amazónicos
[1, 2], reconocen, nombran y clasifican las plantas y animales
que habitan las selvas amazónicas, lo cual les ha permitido vivir
de acuerdo con lo que ofrece la naturaleza, pues han entendido
la selva como un sistema complejo que tiene entradas y salidas
de energía [10]. Una de las etnias que ha tenido contacto con
investigadores occidentales a través de dos de sus conocedores es la etnia de los upichía, también conocidos como matapí
en idioma general [11]. Uldarico Matapí escribió un texto donde
explica la clasificación de las aves según la visión de los upichía.
En un trabajo sistematizado logramos evaluar dicha clasificación
y ver qué tanto se correspondían sus especies con las especies
que reconocemos desde nuestra visión occidental del mundo.
No existe un inventario detallado de la región de donde son originalmente los upichía (Apaporis), sin embargo, en su clasificación
reconocen más de 200 especies, organizadas en tres grandes
grupos: especies principales con origen propio, especies menores con historia propia de origen y especies cuyo origen es
mencionado en otras historias. Las especies principales están
agrupadas en 18 grupos que van desde las pavas y paujiles,
que son los más importantes, hasta los carroñeros que a pesar
de ser los últimos en el orden no son los menos importantes. La
correspondencia entre las especies de aves que reconocía Uldarico y las reconocidas por el conocimiento occidental fue casi del
90 %. Algunas especies no han podido ser identificadas, pero
seguramente una temporada en el territorio original ayudaría a
llenar estos vacíos que aún tenemos.
En Colombia quedan aproximadamente 80 etnias de las cuales
la mayoría habita en los bosques amazónicos [1]. Así como los
upichía, todas estas etnias conocen el bosque detalladamente y
aún quedan algunos conocedores que son depositarios de este
conocimiento tradicional y ancestral. Sin embargo, los acelerados cambios que estamos viviendo están deteriorando dicho
conocimiento, los jóvenes seducidos por las comodidades que
brinda la sociedad occidental ya no quieren aprender de sus
abuelos. Se está dando una pérdida no solo del conocimiento,
sino de los idiomas de todas estas etnias [12]. Esta erosión cultural está llevando a la extinción de muchas etnias a lo largo del
mundo, lo cual tiene implicaciones para el manejo y la conservación de los recursos naturales [12].
Algunos autores ven la necesidad de no diferenciar el conocimiento tradicional del occidental, pues son partes de un continuo y tienen una lógica y epistemología diferentes [13]. Sin
embargo, más allá del parecido o la diferencia filosófica entre
estos dos tipos de conocimiento, pueden ser complementarios a
la hora de manejar el mundo. Uno es más universal y abarca una
dimensión temporal mayor y el otro es más puntual en tiempo y
en espacio: tiene más resolución. Combinando las dos escalas
tal vez logremos encontrar medidas que construyan estrategias
efectivas para el manejo de los recursos naturales y la conservación de la biodiversidad en una época que se caracteriza por
el inminente cambio. •
Fredy Gómez y Óscar Laverde
Figura 2. Cavendishia grandifolia, Hoerold
REFERENCIAS
RESEÑA del autor
Óscar Laverde
Biólogo con Maestría de la Universidad de Amsterdam
Estudiante de Doctorado del Departamento de Ciencias
Biológicas, Universidad de los Andes.
Fredy Gómez y Óscar Laverde
[1] Van der Hammen, M. C. (1992) “El manejo del
mundo. Naturaleza y sociedad entre los Yukuna
de la Amazonía colombiana”, en Estudios en la
Amazonía colombiana IV, Bogotá, Tropenbos.
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[6] Diamond, J. (1966), “Zoological classification
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[7] Wallace, A. R. (1869) “The Malay Archipelago. The
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[8] Levi-Strauss, C. (1964), El pensamiento salvaje,
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[9] Mayr, E. (1963), Animal Species and Evolution.
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Press.
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selva pluvial. Ensayos sobre los indios Tukano del
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[11] Matapi, C. y Matapí, U. (1997) La historia de los
upichía, Serie Estudios en la Amazonia colombiana,
vol. 15, Bogotá, Tropenbos.
[12] Davis, W. (2001), Light at the Edge of the World. A
Journey Through the Realm of Vanishing Cultures,
Washington, BID.
[13] Agrawal, A. (1995), “Indigenous and scientific
knowledge. Some critical comments”, en Indigenous Knowledge and Development Monitor, 3: 3-6.
Figura 3. Grallaricula nana
(Lafresnaye, 1842)
Metagenómica
Revelación de comunidades
microbianas
Adriana González, Martha Cárdenas y Silvia Restrepo
Los microorganismos juegan un papel esencial en
la vida sobre la Tierra. Ellos facilitan de formas muy
variadas nuestra vida. Gracias a ellos se pueden
llevar a cabo los ciclos del carbono, del nitrógeno
y del azufre, entre otros. Durante años, los seres
humanos nos hemos aprovechado de sus capacidades metabólicas para producir alimentos, antibióticos y recuperar ambientes contaminados.
Las interacciones de los microorganismos con su
entorno y con otros seres vivos han sido el objeto
de innumerables investigaciones, no solamente
con el fin de entenderlas sino también de revelar
el potencial biotecnológico que se esconde tras
ellas. La metagenómica es una estrategia entre
muchas para estudiar los microorganismos. El
término metagenómica hace referencia al estudio
de genomas de una comunidad microbiana. Meta
viene del griego ‘más allá de’ entendiéndolo como
ir más allá del genoma [1], y así es, ya que permite
analizar la estructura y función en conjunto de un
gran número de genes presentes en un ambiente
determinado.
Tradicionalmente el estudio de los microorganismos presentes en un nicho se ha realizado haciendo uso de las técnicas tradicionales de microbiología y su caracterización en el ámbito genético
se ha efectuado mediante técnicas de clonación
y secuenciación. De esta forma, el estudio de la
diversidad microbiana se había restringido a aquellos microorganismos cultivables y se habían excluido aquellos que no eran fácilmente cultivables
en laboratorio, y por lo tanto el estudio de las co-
munidades microbianas en su ambiente natural no
había sido posible [2]. Sin embargo, en los últimos
años se tomó conciencia de esta enorme falla y se
comenzaron a adoptar estrategias que permitieran
abordar las comunidades microbianas como un
todo y no de forma individualizada como se estaba
llevando a cabo. Los primeros estudios realizados
en comunidades microbianas se concentraron en
el empleo de la secuencia ribosomal 16S del ARN
ribosomal de bacterias para distinguir una especie
de otra [3]. Aunque fue muy útil para identificar
grandes comunidades bacterianas, se tenía el inconveniente de obtener secuencias que no correspondían con ninguna especie cultivada reportada,
lo que indicó que mediante esta técnica no se lograba identificar todos los organismos presentes
en determinado nicho. Posteriormente, se utilizó
la extracción de ADN directamente de la muestra
ambiental y la subsiguiente amplificación de la región de 16S. En el caso de los hongos también se
emplearon los genes ribosomales y en especial las
regiones espaciadoras internas transcritas (ITS),
para caracterizar las comunidades asociadas a diferentes ambientes y en particular al suelo [4]. Sin
embargo estas primeras aproximaciones tenían la
desventaja de que también se requería de un paso
de clonación para poder llevar a cabo la secuenciación de las regiones nucleares amplificadas.
El objetivo de la metagenómica es hacer uso de las
técnicas modernas de secuenciación para el estudio de microorganismos directamente en su ambiente natural sin la necesidad de pasar por técnicas
de aislamiento y cultivo en laboratorio [5]. La aproximación consiste en emplear marcadores que permitan determinar la diversidad de microorganismos y genes presentes en una muestra
ambiental. Hoy en día con la combinación de dos tecnologías de
secuenciación de segunda generación como son 454-pirosecuenciación e Illumina-Solexa, ha sido posible secuenciar todo
un metagenoma ambiental, así como también reorganizar genomas completos a partir de pequeños fragmentos de secuencia
[1]. No obstante, con estas aproximaciones se genera un volumen enorme de datos para ser analizados y así poder responder
a preguntas como: ¿a quién pertenece esta secuencia? o ¿cúal
es la función de esta secuencia? Con las técnicas convencionales de secuenciación, en las que se hacían los análisis de un
número no tan grande de pares de bases (entre 10 mil millones
a 20 mil millones) existía la tendencia a promediar las pequeñas
variaciones encontradas, las cuales eran atribuidas a un mismo
genoma o pan-genoma, el cual hace referencia al contenido genético compartido entre los aislamientos de una misma especie.
Con las nuevas técnicas de secuenciación utilizadas en metagenómica, el número de pares de bases es mucho mayor (>100
mil millones), lo que permite resolver un número diferente de
genomas y potencialmente relacionar diferentes cepas con diferentes genomas, permitiendo un mejor entendimiento del papel
de la variación genética en una población [1].
ganismos y sus ambientes. Es un trabajo de investigación que
se está desarrollando en conjunto con diversos centros y universidades del mundo, los que están desarrollando una base
de datos global con el fin de catalogar todas las muestras y los
datos asociados encontrados en cada estudio, para que de esta
forma, una vez la información se encuentre organizada y disponible, se pueda proceder a la secuenciación y al consolidado de
la diversidad microbiana y por ende a la diversidad a nivel de
genes y de proteínas en el planeta [1]. Los microorganismos y
las comunidades microbianas encontradas durante este trabajo
serán organizados de acuerdo con una amplia gama de ambientes o biomas, definidos con un único parámetro ambiental que
permita establecer la estructura microbiana de la comunidad
presente bajo esas determinadas condiciones.
En cuanto a lo ambiental, el uso de metagenómica ha permitido
monitorear el efecto de contaminantes en ecosistemas, así como
también estudiar las comunidades microbianas que le hacen frente a esos compuestos [7]. De igual forma, la metagenómica ha
permitido el descubrimiento de nuevos genes que codifican para
enzimas, metabolitos y productos naturales antes no descritos y
que son producidos por microorganismos no cultivables [8]. También ha permitido caracterizar las comunidades microbianas en
las interacciones hospedero patógeno tanto en el ámbito humano
como en plantas, estudiando en conjunto todos los microorganismos presentes en el hospedero y no uno a uno [9, 10].
¿Qué se ha hecho?
El primer gran proyecto de metagenómica fue denominado
GOS (Global Ocean Sampling Expedition), este consistió en la
exploración del genoma del océano con el objetivo de evaluar la
diversidad genética en comunidades microbianas marinas para
entender su papel en los procesos fundamentales de la naturaleza [6]. Este proyecto comenzó en el 2003 en el mar de los
Sargazos, en el cual se encontró ADN de alrededor de 2000 diferentes especies, comprendiendo 148 tipos de bacterias nunca
antes identificadas. El líder del proyecto, Craig Venter, continuó
su periplo por el globo y en el año 2009 exploró la costa oeste
de los Estados Unidos, y actualmente se encuentra en medio de
una expedición de dos años para explorar el mar Báltico, el mar
Mediterráneo y el mar Negro.
En la actualidad, se está desarrollando el Proyecto del Metagenoma de la Tierra (Earth Microbiome Project) cuyo principal
objetivo es el de entender las interacciones entre los microor-
Para los ecosistemas tropicales, los estudios de diversidad se han
concentrado desde el punto de vista ecológico en la parte macrobiológica en las regiones del Amazonas y de los Andes suramericanos. Hasta el momento no se conocen estudios enfocados
en diversidad microbiológica que comprendan caracterización a
gran escala de las comunidades presentes en estos ecosistemas
utilizando técnicas de metagenómica. Estas comunidades han
sido estudiadas solamente utilizando métodos convencionales
basados en cultivos o mediante el uso de técnicas de biología
molecular como clonación, PCR, DGGE o PLFA [11, 12, 13].
¿Y en Colombia?
Colombia es uno de los países con mayores recursos hídricos
del planeta, cuenta con una gran cantidad de grupos taxonómicos en fauna y flora típica de la zona ecuatorial, lo que indica
que posee una gran variedad de ambientes en los que habita una comunidad diversa de microorganismos. Sin embargo,
Fig. 1. Cultivo de papa
muchos de estos ecosistemas tan diversos y variados, han sido
intervenidos por el hombre. Por ejemplo, la gran mayoría de sus
tierras ha sido utilizada para la agricultura por muchos años y el
uso indiscriminado de agroquímicos para el control de plagas y
enfermedades ha ocasionado cambios en las propiedades fisicoquímicas de estos [14, 15], afectando a su vez la dinámica de
las comunidades microbianas presentes [16, 17, 18]. Una comparación entre suelos agrícolas intervenidos y no intervenidos
por la actividad humana mostró que los cambios ocasionados
por los tratamientos tradicionalmente utilizados en estos suelos
han favorecido la dominancia de ciertas especies, originando
comunidades microbianas menos complejas [19]. Sin embargo
la metagenómica no ha sido utilizada para confirmar estos cambios en nuestra microbiodiversidad.
Entre los cultivos sembrados en una gran parte de los suelos colombianos se encuentra la papa amarilla, Solanum phureja, conocida también como “papa criolla”, que representa uno de los
alimentos de importancia social y económica en América Latina.
Este cultivo se encuentra en terrenos a una altura entre 1800 y
3200 metros sobre el nivel del mar a una temperatura que puede oscilar entre los 0 ºC y 20 ºC en suelos expuestos a niveles
intensos de radiación solar. Por su amplia adaptación a las condiciones mencionadas anteriormente, hay regiones en las cuales
este cultivo es tratado con compuestos biológicos mientras que
en otras mediante compuestos químicos. Estas características
del cultivo de papa criolla, además de la importancia de que
sean cultivados en suelos de gran biodiversidad, hacen que este
cultivo sea un ecosistema interesante para el estudio de su diversidad microbiana.
Con el apoyo del Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y
la Federación de Cafeteros de Colombia, varias universidades e
institutos se unieron para el estudio de la diversidad microbiana
y la metagenómica en suelos de cultivos orgánicos y tradicionales de papa criolla. Hacen parte de este consorcio, la Universidad
Nacional de Colombia con los profesores Daniel Uribe, Emiliano
Barreto y Fabio Aristizábal; Corpogen con su directora Patricia
Del Portillo; la Corporación para Investigaciones Biológicas (CIB)
con el investigador Antoni Rueda y la Universidad de los Andes
con la profesora Silvia Restrepo. El objetivo principal del proyecto es la construcción de un microarreglo para la evaluación
de la calidad de suelos. Sin embargo, para la fabricación del
microarreglo, se realizó un estudio metagenómico completo de
los diferentes tipos de suelo, estudio de diversidad de bacterias,
arqueas y hongos y secuenciación del ADN total. Los resultados preliminares muestran que, a) para un promedio de 10.000
lecturas (de pirosecuenciación) por finca, no se ha llegado a
la saturación de la diversidad de bacterias pero sí de hongos;
b) el 40 % de las secuencias 16S y el 70 % de las secuencias ITS
no se pudieron identificar, mostrando que aún desconocemos la
microbiota de nuestros suelos; c) el tipo de práctica agrícola no
afecta la diversidad bacteriana pero sí influye en la diversidad de
hongos, cambiando la composición de los principales órdenes
de hongos en los dos tipos de suelos. Por su lado, el análisis de
ADN total ha permitido identificar las principales enzimas de varios ciclos biogeoquímicos y así guiar el diseño del microarreglo.
Perspectivas
En el futuro las mayores aplicaciones de la metagenómica serán el
descubrimiento de nuevas enzimas, el descubrimiento de metabolitos útiles para el control de patógenos y la caracterización de las
reacciones patogénicas entre microorganismos y plantas o animales. El análisis de estas interacciones permitirá el descubrimiento de
factores de patogenicidad que podrán ser empleados posteriormente como blanco en el diseño de estrategias eficientes de control. •
REFERENCIAS
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[2] Chen, K. & Pachter, L. (2005) “Bioinformatics for whole-genome shotgun sequencing of microbial communities”, en PLoS
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bacterial genomes”, en FEMS Microbiology
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[4] Viaud, M.; Pasquier, A. and Brygoo, Y.
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Theory, Methods and Applications, Norfolk,
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Juan Sebastián Ramírez Leal
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Dynamics, and Controlling Factors”, en
Science, 296 (5570): 1064-1066.
REseña de las autoras
Silvia Restrepo Restrepo
Bióloga, M.Sc., PhD.
Profesora asociada
Directora del Departamento de Ciencias Biológicas Directora del Laboratorio de Micología y Fitopatología,
LAMFU
Adriana González
Microbióloga, M.Sc., PhD.
Investigadora - Área de Biología Molecular
Laboratorio Nacional de Diagnóstico Fitosanitario
Instituto Colombiano Agropecuario, ICA Martha Cárdenas
Microbióloga, M.Sc., PhD.
Profesora de cátedra
DOCTORADOS Y MAESTRÍAS / Facultad de Ciencias
Ciencias Biológicas / Física / Matemáticas / Química
Informes: tels: +57(1) 332 4533 – 339 4949, ext.: 2700. http://ciencias.uniandes.edu.co
Biodiversidad y bioprospección
en el parque Los Nevados
Fotografías: J. S. Montaña y L. M. Álvarez
Aunque sabemos que Colombia alberga una gran diversidad biológica, es
poco lo que hemos avanzando en cuanto al conocimiento del componente microbiólogico. Pero, ¿por qué debemos interesarnos por los microorganismos?
Los microorganismos, aunque microscópicos y a veces difíciles de estudiar,
juegan un papel fundamental en la vida del planeta y en el sostenimiento
de los ecosistemas. Ellos han estado presentes durante la mayor parte de
la historia de la Tierra, están involucrados en los ciclos biogeoquímicos y en
el ciclaje de nutrientes [1], y abarcan una gran diversidad metabólica que se
hace evidente por la amplitud de lugares que habitan: desde superficies en el
cuerpo humano hasta lugares de condiciones extremas como las profundas
fumarolas marinas y los glaciares de la Antártida. En ambientes extremos
como estos últimos predomina la vida microbiana [2], la cual tiene capacidades metabólicas de interés por sus posibles aplicaciones industriales [3].
Gracias a tecnologías modernas, en gran parte impulsadas por la genómica y
bioinformática, es posible hoy en día analizar diversos ecosistemas y estimar
no solo la riqueza microbiológica sino también acceder a su potencial biotecnológico. Es así como se estima que el mundo microbiano es muy diverso,
constituyéndose en un reservorio importante de información genética y capacidades químicas y metabólicas con gran potencial biotecnológico.
Figura 1: El parque Los Nevados. Se ve el agua de la termal El Coquito,
vista del parque y de las nieves.
El Centro de Genómica y Bioinformática de Ambientes Extremos (Gebix) es un
centro de excelencia financiado por Colciencias en el cual participan grupos
de investigación de varias instituciones en el país (Corpogen, ParqueSoft y
las universidades Javeriana, de los Andes, Nacional, del Valle, del Cauca y
de Caldas). El Centro Gebix está haciendo exploraciones en el Parque Nacional Natural (PNN) Los Nevados con trabajos que van desde el análisis de
comunidades hasta la bioprospección. El PNN Los Nevados, que está ubicado
entre los departamentos de Caldas, Quindío, Risaralda y Tolima, contiene ecosistemas que se caracterizan por su biota única y por condiciones ambientales extremas como la alta radiación solar y los cambios diarios extremos de
temperatura (v. figura 1). Muchos de estos ecosistemas, como los páramos,
son importantes reservas de biodiversidad y de agua que a su
vez están amenazados por factores ambientales y humanos
que comprometen su sostenibilidad [4]. En el área del parque
también hay recursos geotérmicos explotables y gran actividad
volcánica, que se hacen evidentes por la presencia de volcanes
activos, como el de Santa Isabel, del Tolima y del Ruiz, y de diversos manantiales termales [5]. Es indudable entonces que el PNN
Los Nevados representa un amplio recurso desde el punto de
vista biológico y ecológico con sitios para el estudio de ecosistemas extremos que son únicos y están en riesgo de desaparecer.
Como primer paso para el estudio de las comunidades microbianas del parque Los Nevados, se recolectaron muestras de agua
y de suelos de diferentes altitudes y ecosistemas y se extrajo el
ADN total, o ADN metagenómico. El ADN metagenómico se utilizó para analizar la diversidad de las comunidades microbianas
presentes haciendo secuenciación masiva en paralelo por 454
de una región variable del gen ribosomal 16S. Se encontró una
gran diversidad microbiana en todas las muestras analizadas,
con predominancia de Bacteria sobre Arquea, y variación en la
estructura de la población presente en cada lugar (v. figura 2). En
general, las muestras de suelos mostraron mayor diversidad que
las de aguas, consistente con estudios realizados en otros países. Un análisis más detallado de las comunidades presentes en
el termal denominado El Coquito, que se caracteriza por su pH
bajo (2,7) y una alta concentración de sales, mostró la presencia de microorganismos capaces de crecer a altas temperaturas
y en condiciones ácidas (termófilos y acidófilos) y capaces de
utilizar diferentes fuentes de carbono y energía, como los oxidadores de hierro y sulfuro involucrados en generación de energía
y ciclaje de estos minerales, contribuyendo así al sostenimiento del ecosistema. Se hizo también una comparación con otras
comunidades presentes en otros manantiales termales y se vio
que, a pesar de tener ciertas semejanzas, cada sitio presenta
diferencias en la estructura de su comunidad microbiana que
se asocian con las características ambientales de cada lugar.
Con estos análisis pudimos hacer una primera aproximación al
estudio de las comunidades presentes en diferentes ambientes
del parque como pie para futuros trabajos y para análisis metagenómicos de las comunidades.
Paralelamente a los análisis de diversidad microbiana, se establecieron colecciones de microorganismos con el fin de hacer
estudios de microorganismos cultivables provenientes de estos
100
Unclassified root
NC archaea
NC bacteria
90
Euryarchaeota
Crenarchaeota
80
Gemmatimonadetes
OP10
70
WS3
Spirochaetes
60
Chloroflexi
OD1
50
Nitrospira
Chlamydiae
40
Cyanobacteria
Bacteroidetes
30
Verrucomicrobia
TM7
20
Acidobacteria
Planctomycetes
10
Actinobacteria
Firmicutes
Proteobacteria
0
BAA
Alfombrales
Coquito
Gualí 2m
Gualí 3m
Figura 2: Clasificación taxonómica a nivel de filo de muestras de suelos (BAA y Alfombrales) y aguas (Coquito y Gualí 2m y 3m) de acuerdo al RDP-naive Bayesian classifier con el umbral
por defecto de 80 % de confidencia. A la derecha, grupos encontrados; NC archaea, arqueas no clasificadas; NC bacteria, bacterias no clasificadas.
Fuente: L. Delgado.
ambientes extremos. En el momento se están analizando más
a fondo algunos microorganismos con capacidad para crecer a
temperaturas altas y utilizar sustratos lipídicos. Asimismo se comienzan a buscar cepas capaces de producir agentes antimicrobianos. Adicional a este trabajo, se está haciendo bioprospección
para identificar posibles productos de interés biotecnológico.
Para ello se construyeron genotecas a partir del ADN metagenómico para luego identificar enzimas de interés industrial. En
el momento, tenemos algunos genes con actividad lipolítica, uno
de los cuales tiene buena actividad a bajas temperaturas, y fragmentos de ADN que codifican para posibles celulasas.
El trabajo a futuro incluye el análisis de las secuencias del ADN
metagenómico total obtenido hasta el momento de una muestra
de suelos de bosque y una muestra de agua termal. Estos análisis incluyen ensamblaje, identificación de genes, clasificación
taxonómica y comparaciones con otros metagenomas reportados hasta el momento. El trabajo de bioprospección también se
complementa mediante búsquedas con herramientas informáticas para identificar genes específicos de interés. Con estos
análisis se espera profundizar en el análisis global de estas comunidades y de sus propiedades funcionales. Estos trabajos en
metagenómica requieren de la utilización y actualización continua de herramientas informáticas, las cuales fortalecen nuestra
plataforma bioinformática y son una parte esencial para el análisis de la información metagenómica y el trabajo realizado. Finalmente, el trabajo del centro se realiza dentro del marco legal
colombiano (contrato de acceso a recursos genéticos, MAVDT,
núm. 15, 2008, y permiso de investigación DTNO-N-20/2007) e
incluye también estudios sobre los procesos legales requeridos
y su posible optimización para trabajos de investigación y bioprospección de recursos naturales. •
Referencias
[1] Falkowski P. G.; Fenchel, T. & Delong, E. F.
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Earth’s Biogeochemical Cycles”, en Science, 320: 1034-1039.
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as a source for novel enzymes”, en Current
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[3] Ferrer M. et ál. (2007), “Mining enzymes
from extreme environments”, en Current
Opinion in Microbiology, 10: 207-14.
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(2001), Colombia, primera comunicación
nacional ante la Convención Marco de las
Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, Bogotá, IDEAM.
[5] Alfaro, C.; Aguirre, A. & Jaramillo, L. F.
(2002), Inventario de fuentes termales en
el Parque Nacional Natural de los Nevados,
Ingeominas.
reseña de la autora
Corporación Corpogen
Centro Gebix de Genómica y Bioinformática de
Ambientes Extremos
Diversidad arbórea en bosques
de tierras bajas en Colombia
Efectos del ambiente,
las perturbaciones y la geografía
Pablo R. Stevenson, Mabel Suescún, Ana María Aldana, Ángela Cano, María Natalia Umaña,
Diego Correa, Luisa F. Casas y Boris Villanueva
Explicar la alta diversidad de los bosques tropicales es un desafío que ha llevado al desarrollo de diferentes teorías sobre la coexistencia de las especies y que hasta el momento sigue siendo un punto de
debate [1, 2, 3]. Muchos estudios se han preocupado por describir y cuantificar la composición florística
de algunos bosques de tierras bajas con el objetivo de inferir procesos involucrados en el mantenimiento
de la alta diversidad en ecosistemas tropicales. Como resultado, han surgido diferentes teorías sobre los
posibles procesos que permiten la coexistencia de especies [4, 5].
Dos de estas teorías son consideradas dominantes, lo que determina el ensamblaje de estas diversas
comunidades. La primera, la teoría de nichos, está relacionada con la importancia de fuerzas bióticas y
abióticas, siendo la exclusión competitiva y las adaptaciones al medio abiótico los principales procesos
que determinan la estructuración de las comunidades. Según estas ideas, la mayor diversidad se debería
encontrar en ecosistemas relativamente benignos y esta decrecerá en ambientes estresantes para las
plantas (por ejemplo, zonas de inundación periódica). Además, algunas plantas pueden estar adaptadas
a algunas condiciones de tipo abiótico, tales como composición del suelo, topografía, temperatura y humedad. Según los modelos de nicho, a mayor variación en las condiciones ambientales locales, debería
encontrarse una mayor cantidad de especies. Adicionalmente, también se ha observado que la perturbación antrópica de los ecosistemas (como tala y fragmentación del hábitat) genera cambios importantes
en las condiciones abióticas y suele disminuir la biodiversidad [6, 7].
La segunda teoría, conocida como la teoría neutral de biodiversidad, se basa en que todas las especies
son funcionalmente equivalentes y por ende su demografía se rige por factores estocásticos [1, 8].
Hubbell [1] afirma que, en una escala de tiempo ecológica, la dispersión limitada juega un papel fundamental en la composición de especies. Si esto es cierto, la similitud florística entre dos comunidades
debería disminuir con la distancia y no habría especies adaptadas a particularidades del ambiente.
En este trabajo mostramos los patrones de diversidad arbórea en 30 parcelas permanentes de vegetación de una hectárea, en diferentes regiones de Colombia (v. figura 1). Las parcelas fueron construidas
entre el 2000 y el 2011 por integrantes del laboratorio de Ecología de Bosques Tropicales y Primatología (Centro de Investigaciones Ecológicas La Macarena). En cada parcela revisamos todas las plantas
San Juan (5)
Quinchas (4)
Tomo Grande (5)
Lindosa (1),
Santa Rosa (1)
Pampas (1)
Macarena (7)
Caparú (6)
Figura 1. Localización de las zonas en las que se han montado parcelas permanentes por parte de estudiantes del laboratorio de Ecología de Bosques Tropicales y
Primatología (Centro de Investigaciones Ecológicas La Macarena). El chinche rojo indica el lugar donde el acceso a parcelas permanentes no es permitido por razones
de orden público.
mayores de 10 cm de diámetro a la altura del pecho (DAP), se
identificaron a especie o se recolectó material botánico para su
determinación. Los individuos no identificados a especie fueron
catalogados como morfoespecies y los análisis de diversidad los
calculamos en función de la suma de especies determinadas
y las morfoespecies asignadas. Comparamos los patrones de
diversidad de especies (número de especies y el índice de diversidad alfa de Fisher) y los asociamos con el tipo de ecosistema (bosques inundables y bosques de tierra firme), grado de
intervención (bosques sin perturbación, bosques fragmentados y
bosques con entresaca) y unidad biogeográfica (Amazonía, Orinoquía, piedemonte y Magdalena medio).
Encontramos que dentro de cada región, las zonas inundables
mostraron valores más bajos de riqueza de especies y diversidad que zonas más benignas de tierra firme (v. tabla 1, figura 2).
El efecto de la fragmentación también parece determinar en gran
parte la diversidad, ya que parcelas ubicadas en lugares fragmentados, consistentemente tuvieron menos especies que en
bosques poco perturbados del mismo tipo de bosque (v. tabla 1).
Sin embargo, la tala selectiva del tipo que se hace en el Magdalena medio (reserva El Paujil, serranía de Las Quinchas) no parece afectar negativamente la diversidad de plantas. Finalmente,
encontramos grandes diferencias en los patrones de diversidad
de las distintas zonas biogeográficas incluidas. Las parcelas establecidas en la zona de Amazonía central mostraron consistentemente los mayores índices de diversidad, independientemente
del tipo de bosque. Por ejemplo, en una parcela de una hectárea
encontramos más de 250 especies diferentes. De hecho, para
esta zona amazónica lo común fue encontrar más de 200 especies en los bosques no inundables y entre 100 y 200 en zonas
inundables. Sin embargo, en planos de inundación de otras regiones, como el piedemonte, la Orinoquía y el Magdalena medio, es
raro encontrar más de 100 especies por hectárea.
200
180
160
140
120
Alpha
100
SPP
80
60
40
20
0
Varzea
TF frag
TF galería
IGAPO
TF tala
TF continuo
Figura 2. Comparacion de los patrones de diversidad de plantas (en términos de riqueza de especies = spp y el índice de diversidad alpha de Fisher = alpha) en diferentes
tipos de bosques de tierras bajas en Colombia. Los datos provienen de parcelas de vegetación de una hectárea, incluyendo todas las plantas leñosas con mas de 10 cm de
diámetro.
Tabla 1. Resumen de la información del sistema de parcelas permanentes del Laboratorio de Ecología de Bosques Tropicales y Primatología (Centro de Investigaciones
Ecológicas La Macarena)
Tipo general
Tipo especial
Parcela
Núm. especies
Individuos
Índice Fisher
INUNDABLE
VARZEA
MACAR2 PI
30
415
7,42
INUNDABLE
VARZEA
MACAR5 PI
81
480
27,92
INUNDABLE
VARZEA
SAN JUAN 1B*
77
506
25,28
INUNDABLE
VARZEA
SAN JUAN 2B*
68
380
24,12
TIERRA FIRME
TF TALA
QUINCHAS5
141
575
59,61
TIERRA FIRME
TF TALA
QUINCHAS1
167
736
67,38
TIERRA FIRME
TF TALA
QUINCHAS4
156
480
80,3
TIERRA FIRME
TF TALA
QUINCHAS3
178
650
80,84
TIERRA FIRME
TF TALA
SAN JUAN 3B*
109
483
43,83
TIERRA FIRME
TF TALA
SAN JUAN 4B*
89
427
34,21
TIERRA FIRME
TF TALA
SAN JUAN 5B*
102
565
36,35
TIERRA FIRME
TF GALERIA
TOMO GRANDE3
67
460
21,57
TIERRA FIRME
TF GALERIA
TOMO GRANDE1
80
435
28,77
TIERRA FIRME
TF GALERIA
TOMO GRANDE2
83
431
30,57
TIERRA FIRME
TF FRAG
LINDOSA
64
628
17,82
TIERRA FIRME
TF FRAG
SANTA ROSA
64
516
19,24
TIERRA FIRME
TF FRAG
PAMPAS
100
453
39,7
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
CAPARU IGAPO 1
112
514
44,14
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
MACAR6 TF
126
567
50,22
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
MACAR1 TF
138
627
54,7
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
MACAR4 TF
143
628
57,81
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
MACAR3 TF
170
737
69,25
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
MACAR7 TF
174
778
69,61
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
CAPARU COLINA 2
211
590
117,55
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
CAPARU TERRA 2
222
594
128,61
TIERRA FIRME
TF CONTINUO
CAPARU COLINA 1
256
641
161,59
INUNDABLE
IGAPO
CAPARU IGAPO 2
137
553
58,29
INUNDABLE
IGAPO
CAPARU TERRA 1
170
634
76,13
INUNDABLE
IGAPO
TOMOGRANDE 4*
53
651
13,63
INUNDABLE
IGAPO
TOMOGRANDE 5*
40
825
8,78
* Parcelas sujetas a modificación, ya que aún se encuentran en revisión florística
Pablo Stevenson
Según nuestros resultados, es clara la influencia de efectos ambientales en los patrones de diversidad de las plantas. Adicionalmente, parte de esta variación parece estar asociada con las
distintas zonas biogeográficas analizadas; resultados similares
fueron encontrados por Ter Steege [9]. Este patrón de diversidad
biogeográfico se ha asociado a un clima benigno en el presente y en el pasado. De manera similar, encontrar una menor diversidad en ecosistemas con ambientes estresantes (como las
inundaciones periódicas, [10]) resalta el papel de los factores
ambientales (actuales e históricos) determinando la diversidad
en estas regiones. Al igual que en otros estudios, también evidenciamos el fuerte efecto de la deforestación que disminuye la
diversidad de árboles. Aunque no observamos fuertes efectos de
la tala selectiva, es importante recalcar que los procesos de tala
en las parcelas estudiadas correspondieron a entresaca de unas
pocas especies maderables. Posiblemente, en otro sistema de
tala más generalizado, también se debería observar una disminución en la diversidad.
Nuestros resultados preliminares de composición florística y
distancia geográfica muestran una baja correlación entre estas
dos variables. Por ejemplo, en ocasiones, parcelas de planos de
inundación del Vichada comparten menos especies con parcelas de tierra firme aledañas, que con planos de inundación del
Vaupés. De manera similar, las parcelas fragmentadas de San
Martín comparten bastantes especies con las de bosques de
galería en el Vichada, distanciadas por cientos de kilómetros.
Y estas no tienen tanta afinidad con las parcelas de bosques de
dosel continuo en el parque Tinigua, que no está tan distanciado.
Por lo tanto, esto también reiteraría que los procesos estocásticos no son tan determinantes en los procesos de ensamblaje
de comunidades, resultados similares han sido encontrados en
otros estudios en los trópicos [11] o que determinan su diversidad. En conclusión, los resultados preliminares de este trabajo
demuestran que los procesos ecológicos de nicho parecen ser
más determinantes que los procesos estocásticos que determinan los patrones de diversidad y composición de especies de
plantas en el trópico. A futuro vamos a determinar la capacidad
que tienen estos distintos bosques estudiados en la acumulación de CO2 atmosférico, para poder dar recomendaciones sobre
el tipo de ecosistemas que deberíamos conservar, si queremos
ayudar a mitigar el cambio climático global [12]. •
Matapalo Coussapoa orthoneura, PNN Tinigua, Meta
Referencias
Francisco Henao
[1] Hubbell, S. P. (2001), The Unified Theory of Biodiversisty and Biogeography, Princeton, Princeton
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[9] Ter Steege, H. et ál. (2000), “An analysis of the
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Plano de inundación del río Tomo, Vichada
El CIEM es un grupo de investigación que tiene por objeto profundizar en el conocimiento de los bosques tropicales, con el fin de tener alternativas de manejo. Este
es un paso importante para conservar la alta riqueza
biológica que ellos albergan.
reseña del primer autor
Pablo R. Stevenson
Profesor asociado, Universidad de los Andes
Ph.D. en State University of New York en Stony Brook,
Iterdisciplinary Doctoral Program in Anthropological
Science 1997 - 2002
Director del Centro de Investigacion Ecológicas, La Macarena (CIEM)
Director del Laboratorio de Ecologia de Bosques Tropicales y Primatología (LEBTYP)
Francisco Henao
forests including those of the Guiana Shield”, en
Journal of Tropical Ecology, 16: 801-828.
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Londres, Academic Press: 47-64.
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productivity, wood specific density and above
ground biomass in Amazonia”, en Biogeosciences, 6: 1883-1902.
Matapalo (Ficus sp.), reserva Tomogrande,
Vichada
Cambios antropogénicos como fuerzas evolutivas
Consecuencias para la conservación de la biodiversidad
Cristina López-Gallego / Profesora Instituto de Biología, Universidad de Antioquia
Cycada
Resumen
La principal amenaza a la biodiversidad es la destrucción y la degradación de los ecosistemas en el planeta. La mayoría de los
ecosistemas están altamente modificados por las actividades humanas. Por ejemplo, se estima que solo un 36 % de los bosques
remanentes en el mundo pueden considerarse como hábitats con
baja intervención antropogénica. Mucha de la investigación en
biología de la conservación se ha enfocado en los efectos de la
destrucción y fragmentación de hábitats sobre la viabilidad demo-
gráfica y sobre la variabilidad y la estructura genética de especies
de interés en conservación. Los efectos de la degradación de hábitats remanentes o modificaciones a hábitats no fragmentados
han sido poco investigados. La degradación de hábitats puede
resultar en cambios ambientales drásticos para las poblaciones
y afectar su viabilidad y probabilidad de persistencia. En particular, es de interés explorar si los cambios ambientales en hábitats
degradados pueden promover cambios en caracteres de importancia ecológica, en cuanto al fenotipo y al genotipo, que afecten
el éxito biológico de los individuos y el éxito de las poblaciones.
Algunos autores han planteado que los cambios ambientales
que resultan de la degradación de hábitats pueden convertirse en fuerzas evolutivas al alterar patrones de selección natural, deriva genética o flujo de genes en las especies afectadas.
Generalmente, la investigación en conservación se enfoca en aspectos ecológicos y algunos aspectos genéticos de la viabilidad
de poblaciones, mientras que la posibilidad de cambios evolutivos en las poblaciones es prácticamente ignorada. Esto se debe
probablemente a que está establecido que cambios evolutivos en
las poblaciones suceden de manera lenta, pero existe creciente evidencia de que cambios genéticos/fenotípicos rápidos (en
pocas generaciones) pueden ocurrir en muchas especies, y además ocurrir en escenarios de cambios ambientales inducidos por
actividades antropogénicas. Muchas de las amenazas sobre la
persistencia de poblaciones pueden resultar en escenarios propicios para cambios evolutivos: cambios rápidos en componentes abióticos del ambiente, modificación de interacciones entre
especies, explotación selectiva de individuos, entre otros. Estos
cambios pueden afectar la historia de vida y la dinámica de las
poblaciones, su estructura genética y su potencial evolutivo para
responder a otros cambios ambientales futuros.
En nuestro grupo de investigación estamos interesados en explorar cómo algunos cambios ambientales por actividades antropogénicas pueden afectar la variación en caracteres de historia
de vida y otros de importancia ecológica en las poblaciones, y
cómo estos cambios fenotípicos o genéticos podrían tener un
impacto sobre la viabilidad poblacional de especies de interés
en conservación. En particular estamos interesados en especies
de plantas amenazadas e invasoras, y usamos, entre otros, las
cycadas como modelo de estudio. Las cycadas son el linaje de
plantas con semilla más antiguas que persiste hasta la actualidad
y son consideradas como fósiles vivientes. La mayoría de especies de cycadas está gravemente amenazada por la destrucción
de su hábitat y en algunos casos por sobreexplotación para su
uso como ornamentales. Muchas especies de cycadas, como
es común para otros grupos de plantas amenazadas, persisten
casi exclusivamente en hábitats altamente degradados. Explorar
Figura 1. Variabilidad en
ecología de las Cycadas, Zamia
fairchildiana
cómo la degradación de su hábitat afecta la dinámica ecológica,
genética y evolutiva de las poblaciones sería de gran utilidad para
evaluar la viabilidad a corto y a largo plazo de las poblaciones, y
para recomendar estrategias de manejo y conservación.
Por ejemplo, poblaciones de la cycada Zamia fairchildiana persisten en sus hábitats naturales de bosques húmedos tropicales
en Costa Rica pero también en bosques altamente perturbados,
donde las condiciones ambientales del sotobosque difieren
drásticamente de las condiciones en bosques poco intervenidos.
Estudios sobre cambios en la historia de vida sugieren que las
poblaciones están divergiendo a nivel fenotípico en caracteres
de crecimiento, tamaño de la primera reproducción, tasas de fe-
Cycada
cundidad, entre otros. Análisis de selección fenotípica y estimaciones de heredabilidad sugieren que los cambios ambientales
en hábitats degradados pueden resultar en eventos de selección
y que algunos de estos caracteres pueden responder a la selección. Además, experimentos de campo y en invernadero muestran interacciones genotipo-ambiente para el exitoso establecimiento de las plántulas, sugiriendo que las poblaciones pueden
divergir a nivel genético entre hábitats nativos y degradados. Este
tipo de estudios puede aportar información acerca de cambios
ecológicos y evolutivos que suceden en poblaciones expuestas a
degradación de su hábitat, y son una primera aproximación para
entender cómo las actividades antropogénicas pueden afectar a
corto y largo plazo la viabilidad de las especies. •
Biodiversidad marina
Moluscos de la plataforma continental
en el Caribe colombiano
Néstor E. Ardila y Adriana Gracia
Durante los últimos años se ha incrementado
el estudio sobre ambientes poco explorados en el
Caribe colombiano, especialmente ambientes de
profundidad sobre la plataforma y talud superior
entre 20 y 1000 m de profundidad. Dentro de la
fauna que habita estos ambientes de fondos blandos o duros (fauna bentónica) se destacan por su
diversidad y abundancia los moluscos. Estos son
el segundo grupo en diversidad después de los
artrópodos, pero tienen una de las mayores diversidades morfológicas y corporales dentro de los
animales. En Colombia encontramos registradas
cinco de las ocho clases descritas en el filo. Polyplacophora o quitones, Bivalvia, Scaphopoda o colmillos de mar, Cephalopoda o pulpos y calamares,
y Gastropoda o caracoles (v. figura 1).
En Colombia, una de las principales iniciativas para
caracterizar estos ambientes del mar profundo ha
sido las expediciones Macrofauna I–II y ANH I realizadas en el Instituto de Investigaciones Marinas y
Costeras-Invemar, entre los años 1998 y 2010. En
esta breve nota se resumen los principales resultados para el filo Mollusca a lo largo de doce años de
estudio, basados en 160 estaciones muestreadas
entre 20 y 940 m de profundidad. Fueron identificadas 620 especies, pertenecientes a las cinco clases antes mencionadas. Cerca de un 20%
de estas especies fueron registradas por primera
vez en el Caribe colombiano. Asimismo, hasta el
momento se han descrito cerca de 11 especies
nuevas para la ciencia y el elevado número de primeros registros sugiere que esta es un área aún
por explorar (v. figura 2). El grupo de los caracoles
Polyplacophora: organismos con ochos placas rodeadas por un cinturón.
Cephalopoda: moluscos de concha simple, con cámaras o ausente, el animal presenta una cabeza
rodeada por brazos.
Gastropoda: moluscos caracterizados por presentar una sola concha, usualmente con torsión o ausente.
Scaphopoda: organismos con forma de colmillo cuya concha se encuentra abierta en ambos extremos.
Bivalvia: organismos con dos valvas.
Figura 1. Principales grupos de moluscos presentes en el Caribe colombiano
Figura 2. Especies nuevas
para la ciencia descritas en las
expediciones del mar profundo
del Invemar.
(clase Gastropoda) presentó el mayor número de especies, con
un total de 394 (64 %), mientras que los bivalvos (clase Bivalvia)
acumuló el 56 % de la abundancia (v. figura 3).
De acuerdo con las asociaciones de moluscos encontradas, se
determinó la presencia de tres grupos faunísticos separados
batimétricamente: 1) plataforma somera, entre 20 y 190 m de
profundidad; 2) fondos mixtos (blandos y duros), alrededor de
los 200 m, y finalmente, 3) talud superior, comprendido entre los
300 y 940 m de profundidad.
A pesar de los avances realizados en estas expediciones, queda mucho por conocer acerca de la biodiversidad en aguas
profundas del Caribe colombiano y se espera que en los próximos años se continúe la exploración con metodologías y tecnologías más avanzadas. Un libro completo sobre la geología,
oceanografía y fauna de estos ambientes, incluyendo información ampliada sobre los moluscos y otros grupos puede ser
descargado de la siguiente página: http://www.invemar.org.co/
noticias.jsp?id=4394&idcat=153. •
Número de especies
Número de individuos
Polyplacophora 0%
Scaphopoda 9%
Cephalopoda 1%
Bilavia 56%
Gastropoda 34%
Polyplacophora 1%
Scaphopoda 2%
Cephalopoda 4%
Bilavia 29%
Gastropoda 64%
Figura 3. Riqueza y abundancia encontrada para cada una de las clases de moluscos en el Caribe colombiano
reseña de los autores
Néstor E. Ardila
Laboratorio de Biología Molecular Marina, Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de los Andes Carrera 1E No 18A-10, P.O. Box 4976, Bogotá, Colombia,
[email protected]
Adriana Gracia
Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras - Invemar,
Programa de Biodiversidad y Ecosistemas Marinos. Museo
de Historia Natural Marina de Colombia, Cerro de Punta
Betín, Santa Marta, Colombia, [email protected]
Diversidad y evolución
de octocorales
Juan Armando Sánchez y Luisa F. Dueñas / Laboratorio de Biología Molecular Marina-BIOMMAR, Universidad de los Andes
Los octocorales, también llamados coloquialmente
gorgonáceos, son organismos coloniales representados por más de 3000 especies e incluyen los corales blandos, los abanicos de mar y las plumas de
mar [1]. Estos se encuentran ampliamente distribuidos en todos los mares, desde el polo Norte hasta
el polo Sur, y habitan bajo condiciones ambientales muy diferentes. Por lo anterior, los octocorales
se encuentran desde las aguas someras y cálidas,
hasta las grandes y heladas profundidades oceánicas (llegando a más de 5000 m de profundidad). Se
caracterizan por su diversidad en tamaños y formas
de crecimiento (p. ej. incrustante, masiva, arborescente, forma de látigo), que muchas veces están determinadas por las condiciones ambientales en las
que habitan, como por ejemplo la disponibilidad de
luz o la exposición al oleaje [2]. Adicionalmente, es
posible encontrar a los gorgonáceos tanto en fondos
rocosos como de arena, donde la corriente generalmente va en una dirección particular.
La mayoría de octocorales, gracias a su crecimiento
ramificado, crean estructuras tridimensionales que
contribuyen significativamente a la complejidad ambiental y por ende a la biodiversidad del sistema.
Estas colonias de gorgonáceos se caracterizan por
tener muchas especies asociadas en los arrecifes
coralinos y litorales tropicales, proporcionando refugio a una cantidad de organismos como moluscos, crustáceos, poliquetos, equinodermos y peces
entre otros (v. figura 1). Muchos de los organismos
asociados a los octocorales, y también los mismos
octocorales, se encuentran en riesgo de extinción,
ya que corresponden a especies de interés comercial, sujetas a sobreexplotación para el consumo
humano, la joyería y las aplicaciones biomédicas.
Los octocorales gorgonáceos son un componente característico en las aguas tropicales someras
de ambas costas de América, siendo Colombia un
lugar privilegiado para su estudio [3]. A diferencia
del Indopacífico que alberga cientos de corales pétreos y octocorales blandos, en el Pacífico oriental
tropical hay poco desarrollo de corales pétreos con
menos de 20 especies. Sin embargo, la fauna de
octocorales córneos, como los gorgonáceos y abanicos de mar, supera las 60 especies. Similarmente,
en los arrecifes tropicales del Caribe suroccidental, los octocorales son conspicuos y abundantes,
encontrándose cerca de 65 especies a menos de
50 m de profundidad. Aunque la fauna de ambas
costas se encuentra filogenéticamente emparentada, contrasta ecológicamente dadas las diferencias
en la composición química, física y biológica de las
aguas en las que habitan. Por ejemplo, las aguas del
mar Caribe se caracterizan por ser cálidas y claras,
mientras que las aguas del océano Pacífico son más
frías y turbias debido a las grandes cantidades de
plancton que se encuentran en suspensión. Debido
a lo anterior, los octocorales del Caribe obtienen su
energía principalmente de forma pasiva a partir de la
simbiosis con zooxantelas (algas unicelulares fotosintéticas), mientras que los octocorales del Pacífico
carecen de zooxantelas y se alimentan activamente
filtrando el plancton que es transportado por las corrientes oceánicas [3].
Oxford University Press
Figura 1. Octocorales y algunas de sus especies asociadas. Izquierda a derecha arriba: abanico de mar (Pacifigorgia, Malpelo, Colombia) que alberga una colonia de estrellas quebradizas; detalle de la misma colonia; abanico de mar (Gorgonia, Bocas del Toro, Panamá) con una estrella canasta; candelabro de mar (Eunicea, Cartagena, Colombia) con una colonia
de lirios de mar en reposo; pez de cuadros (Oxycirrhites typus) camuflado sobre un abanico de mar rojo (Pacifigorgia, Cabo Corrientes, Colombia); caracol lengua flamingo (Ciphoma
gibossum) que se alimenta de un candelabro de mar (Eunicea, Bocas del Toro, Panamá); ostra alada (Pteria colymbus) fija sobre un candelabro de mar (Eunicea, Cartagena, Colombia);
octocoral blando (Briareum polyanthes) que cubre a otro, la pluma de mar (Pseudopterogorgia americana); coral de fuego (Millepora alcicornis) completamente posicionado sobre esqueleto de un octocoral; octocoral blando (Carijoa riisei) sobrecreciendo a otro, el gorgonáceo Leptogorgia alba (Cabo Corrientes, Colombia).
Inicialmente nuestro interés en el estudio evolutivo de los octocorales se centró en realizar filogenias moleculares para establecer las relaciones entre las especies e inferir la evolución de
sus caracteres morfológicos. Decidimos explorar estas preguntas
mediante la implementación de secuencias de ADN de diferentes
especies de octocorales; pero, como limitación, encontramos secuencias de ADN mitocondrial muy poco variables para este grupo. La poca variabilidad se debe a la presencia en la mitocondria
del gen msh1 (gen homólogo del mutS en bacterias), que codifica
una proteína capaz de reparar errores generados durante la replicación del ADN mitocondrial [4]. Este gen, en el genoma mitocondrial, se encuentra restringido a los octocorales, por lo tanto
no está presente en ningún otro metazoo [4]. Debido a la baja
variabilidad mitocondrial para este grupo, tuvimos que explorar
nueva información filogenética en genes nucleares. Encontramos
una gran señal filogenética en una secuencia que forma parte del
cistrón ribosomal: el espaciador transcrito interno 2 (ITS2 por su
sigla en inglés). Sin embargo, es tanta la variación de esta región
que para realizar un estudio comparativo entre sus especies era
muy difícil realizar un alineamiento coherente entre las diversas
secuencias. Afortunadamente, la solución la encontramos al predecir y estudiar la estructura secundaria del ITS2 (v. figura 2),
la cual permite arreglar los alineamientos y maximizar la señal
filogenética al proporcionar caracteres morfométricos adicionales
[5, 6]. En este momento nos encontramos estudiando las estructuras terciarias de este gen, con el fin de encontrar mayor señal
filogenética de la encontrada con las estructuras secundarias y
con la secuencia primaria.
B
C
D
E
F
G
H
I
A
J
Figura 2. Diversas estructuras secundarias del espaciador transcrito interno 2 (ITS2, ADNr) en octocorales. A- Plexauridae: Plexaurella nutans (izquierda), Eunicea fusca (derecha). BAlcyoniidae: Alcyonium acaule (izquierda), Bellonella bocagei (derecha). C- Gorgoniidae: Gorgonia flabellum (izquierda), Leptogorgia virgulata (derecha). D- Nephtheidae: Dendronephthya
castanea (izquierda), Nephthea sp. (derecha). E- Clavulariidae: Clavularia koellikeri (izquierda), Pachyclavularia sp. (derecha). F- Isididae: Isidella tentaculum (izquierda), Keratoisis sp. (derecha). G- Primnoidae: Calyptrophora japonica. H- Kophobelemnidae: Sclerobelemnon theseus. I- Helioporidae: Heliopora coerulea. J- Paragorgiidae: Paragorgia arborea (tomado de [4]).
El estudio de las secuencias de ITS2 nos permitió conocer con
solidez los linajes de las especies de octocorales del mar Caribe y adicionalmente nos permitió determinar nuevos caracteres morfológicos para distinguir las diferentes especies. Es así
como las secuencias nucleares del ITS2 ayudaron a fortalecer
la taxonomía de octocorales y a aclarar las relaciones filogenéticas que eran muy confusas al ser exploradas solamente desde una aproximación morfológica [6,7]. Similarmente, al definir
muy bien los linajes pertenecientes a la misma especie hemos
explorado los límites de la plasticidad fenotípica en este grupo.
Hemos encontrando que el gradiente de profundidad y exposición al oleaje crean en octocorales diferencias de hasta un orden
de magnitud en sus caracteres morfológicos. Por ejemplo, las
grandes diferencias morfológicas han hecho que se clasifique
una especie erróneamente como dos o tres especies diferentes
(v. figura 3) [8,9]. Esta variación fenotípica es tanto el producto
de selección natural como la materia prima sobre la cual esta
opera. Actualmente, estamos diseñando algunos experimentos y
análisis moleculares para estudiar el efecto de hábitats contrastantes (p. ej. diferencias en profundidad y exposición al oleaje)
como una fuente potencial de especiación ecológica.
En el laboratorio de Biología Molecular Marina (BIOMMAR) contamos con la fortuna de poder estudiar tanto corales de aguas
someras como profundas, provenientes de diversas localidades
del mundo (en especial Nueva Zelanda, Antártica y Australia), lo
que nos proporciona una visión integrada de la biodiversidad y
la evolución de estos fascinantes organismos [10]. En la actualidad nos interesa conocer si el origen de los octocorales actuales
incluyó procesos de evolución reticulada donde algunos linajes
atravesaron por eventos de hibridación, cuya historia evolutiva
pudo ser una compleja malla de relaciones entre especies. Una
herramienta que hemos venido desarrollando para tal fin es el
estudio de la variación intragenómica en genes ribosomales nucleares, particularmente el ITS2, en contraste con información
proveniente de genes mitocondriales de evolución matrilineal.
Así, inicialmente una señal de evolución reticulada se puede
detectar mediante una discordancia mitonuclear. Es decir, cuando las filogenias de los mismos individuos no corresponden, al
comparar genes nucleares con genes mitocondriales. Por otro
lado, cuando se tiene certeza de variación intragenómica, como
en el caso del ITS2 en los octocorales bambú de profundidad, se
pueden encontrar cambios particulares en la secuencia primaria (polimorfismos aditivos) que al ser mapeados en la filogenia
matrilineal (mitocondrial) nos indican la dirección de los posibles
eventos de intercambio genético entre especies [8]. Estos posibles eventos de hibridación explican en cierta medida la gran
labilidad de caracteres (v. figura 4) en algunos varios octocorales,
incluyendo la disparidad en las estrategias reproductivas dentro
de uno mismo grupo [11,12]. Actualmente, estamos trabajando
en la consecución de nuevas regiones genómicas dentro de estos
grupos mediante el uso de nuevas tecnologías de secuenciación
masiva de ADN (secuenciación de siguiente generación) con el fin
de poner a prueba diversas hipótesis de evolución reticulada. •
Figura 3. Plasticidad fenotípica
en Pseudopterogorgia bipinnata.
Las diferentes morfología que
se ven en las fotografías (A.
Pseudopterogorgia kallos, B. P.
bipinnata I y C. P. bipinnata LB)
se tratan de la misma especie
de acuerdo con sus secuencias
ribosomales y estructuras secundarias (ver árbol a la derecha).
Se trata de un caso donde
la morfología de las colonias
cambia dramáticamente con el
aumento de la profundidad como
se observa en la gráfica superior
derecha para la longitud de las
ramas (resumen de resultados
de [5]).
Figura 4. Labilidad de caracteres
en corales bambú de Nueva
Zelanda. Nótese que diversos caracteres morfológicos aparecen
varias veces en las diferentes
especies sin importar sus relaciones filogenéticas (modificado
de [11]).
Referencias
[1] Williams, G. C. & Cairns, S. D. (2005), “Systematic list of
valid octocoral genera” [en línea], disponible en: http://
www.calacademy.org/research/izg/OCTOCLASS.htm/
[2] Fabricius, K. & Alderslade, P. (2001), Soft corals and sea
fans. A comprehensive guide to the tropical shallow-water
genera of the Central-West Pacific, the Indian Ocean and the
Red Sea, Townsville, Australian Institute of Marine Sciences.
[3] Sánchez, J. A. (2007), “A new genus of Atlantic octocorals (Octocorallia: Gorgoniidae). Systematics of gorgoniids with asymmetric sclerites”, en Journal of Natural
History, 41 (9-12): 493-509.
[4] McFadden, C. S. et ál. (2006), “A molecular phylogenetic analysis of the Octocorallia (Cnidaria: Anthozoa)
based on mitochondrial protein-coding sequences”, en
Molecular Phylogenetics and Evolution, 41: 513-527.
[5] Aguilar, C. & Sánchez, J. A. (2007), “Phylogenetic hypoteses
of gorgoniid octocorals according to ITS2 and their predicted RNA seconday structures”, en Molecular Phylogenetics
and Evolution, 43: 774-786.
[6] Grajales, A.; Aguilar, C. & Sánchez, J. A. (2007), “Phylogenetic reconstruction using seconday structures of
Internal Transcribed Spacer 2 (ITS2, rDNA): Finding the
molecular and morphological gap in Caribbean gorgonian corals”, en BMC Evolutionary Biology, 7: 90.
[7] Sánchez, J. A. (2009), “Systematics of the candelabrum
gorgonian corals (Eunicea Lamoroux; Plexauridae; Octocorallia; Cnidaria)”, en Zoological Journal of the Linnean Society, 157: 237-263.
[8] Sánchez, J. A. et ál. (2007), “Phenotypic plasticity and
morphological integration in a marine modular invertebrate”, en BMC Evolutionary Biology, 7: 12.
[9] Gutiérrez-Rodríguez, C. et ál. (2009), “Phylogeography
and morphological variation of the branching octocoral
Pseudopterogorgia elisabethae”, en Molecular Phylogenetics and Evolution, 50: 1-15.
[10] Herrera, S.; Baco-Taylor, A. & Sánchez, J. A. (2010),
“Molecular systematics of the bubblegum coral genera
(Paragorgiidae, Octocorallia) and description of a new
deep-sea species”, en Molecular Phylogenetics and
Evolution, 55: 123-135.
[11] Dueñas, L. & Sánchez, J. A. (2009), “Character Lability in
Deep‐Sea Bamboo Corals (Octocorallia, Isididae, Keratoisidinae)”, en Marine Ecology-Progress Series, 397: 11-27.
[12] Mcfadden C. S.; Sánchez, J. A. & France, S. C. (2010),
“Molecular Phylogenetic Insights into the Evolution of
Octocorallia. A Review”, en Integrative and Comparative
Biology, 50: 389-410.
Reseña de los autores
Profesor asociado, Departamento de Ciencias Biológicas,
Universidad de los Andes. Director de Investigaciones y
Posgrados, Facultad de Ciencias. Director del Laboratorio de Biología Marina (BIOMMAR).
Luisa Dueñas
Biologa de la Universidad de los Andes. M.Sc., estudiante
de doctorado Universidad de los Andes.
Amenazas a la biodiversidad marina
El impacto del cambio climático en los
arrecifes de coral
Juan Armando Sánchez, Ph.D. / Laboratorio de Biología Molecular Marina-BIOMMAR, Universidad de los Andes
Figura 1. Fotografía de corales blanqueados en las islas del Rosario, Cartagena, Colombia. Imagen del mar
Caribe donde se observa el número de semanas de sostenida anomalía térmica durante el 2005. A) Índice
de anomalía térmica de la temperatura superficial del agua durante el 2005 (fuente NOAA), y su relación con
B) blanqueamiento coralino en diversas localidades del mar Caribe (tomado de Eakin et ál., 2010, PLoS ONE,
incluye coautoria de J. A. Sánchez entre 56 autores).
Las transformaciones a que están sujetos los
ecosistemas marinos requieren de una urgente y
pronta respuesta por parte de la comunidad científica sobre los efectos del cambio climático. El cambio climático ya está teniendo efectos graves sobre
los ecosistemas marinos. Durante el 2005, el mar
Caribe se vio afectado por un evento de blanqueamiento sin precedentes donde una anomalía
térmica se mantuvo en gran parte de las Antillas
menores y del sur del Caribe por más de 15 semanas (v. figura 1), lo que ocasionó una pérdida irreparable de cobertura coralina [1]. Los corales y sus
microalgas asociadas, llamadas zooxantelas, son
susceptibles a una gran variedad de condiciones
ambientales, como una alta irradiación y aumentos
en la temperatura, causantes del estrés térmico y
finalmente de la disrupción de esta asociación. De
esta forma, se produce el fenómeno de blanqueamiento coralino, lo que conduce a la muerte parcial o total de los corales afectados. Asimismo, una
serie de enfermedades emergentes ha ocasionado
mortalidades masivas de corales en ciertas áreas
coralinas (v. figura 2). Varias hectáreas de corales
pueden ser consumidas completamente por consorcios bacterianos en tan solo unos pocos días
[2]. Similarmente, hongos oportunistas infectan los
octocorales durante períodos de estrés térmico en
el mar Caribe [3]. Recientemente hemos encontrado varias especies afectadas por hongos y hemos
registrado varias mortandades poblacionales en
relación con anomalías térmicas durante el 2008 y
el 2009 (v. figura 3).
B.
A.
E1.
E2.
G.
J.
C.
F1.
H.
K.
D.
I.
F2.
M.
L.
Figura 2. Corales afectados por la enfermedad de la “plaga blanca” en el banco de Serrana, Colombia, durante el 2003. Arriba localización del Banco Serrana. A) Diploria labyrinthiformis,
B) Stephanocoenia intersepta, C) Agaricia agaricites, D) Montastraea franksi, E) Diploria strigosa, F) Acropora cervicornis, G) M. cavernosa, H) M. franksi, I) Scolymia sp., J) M. annularis,
K) Eusmillia fastigiata, L) Siderastraea siderea. M) M. annularis-M. faveolata. Tomado de Revista de Biología Tropical 58, Sánchez et ál. 2010.
Por otro lado, debido a que los océanos juegan un papel muy
importante en los ciclos biogeoquímicos de la tierra al absorber CO2 atmosférico, incrementos en la concentración parcial
de esta molécula en el mar están reduciendo el pH del océano,
causando un desequilibrio en la química marina, lo que se ha
denominado acidificación oceánica. Además de la disminución
del pH, esta incorporación incontrolada de CO2 está llevando a
estados de saturación de minerales de carbonato como calci-
Figura 3. Octocorales (a-g), abanicos de mar, en
el Pacífico colombiano infectados por hongos e
imágenes donde se observa la anomalía térmica
durante 2007-2009.
Fuente: NOAA, Coral Reef Watch
ta, aragonita y magnesio-calcita por debajo del valor mínimo
donde puede ser precipitado como carbonato de calcio, lo que
podría estar afectando los procesos de calcificación en organismos marinos con implicaciones ecológicas importantes en
corales, moluscos, equinodermos y organismos planctónicos,
entre otros. Extrapolaciones de estos resultados sugieren que
las tasas de calcificación decrecerán hasta en un 60 % en el
transcurso del presente siglo, y para los corales la disminución
sería del 10 al 30% bajo condiciones que simulan el doble de
la concentración de CO2 actual. Actualmente realizamos experimentos controlados para predecir las tasas de calcificación en
octocorales en respuesta a un aumento en la concentración de
CO2 atmosférico (v. figura 4).
El cambio climático en todas sus dimensiones nos impone un
nuevo desafío para hacer que las medidas de conservación
tengan la misma eficiencia que antes de los cambios actuales.
Como lo mencionamos, los corales y arrecifes coralinos se han
visto seriamente afectados por el calentamiento global al interferir en la salud de la relación simbiótica de diversos organismos arrecifales y sus zooxantelas asociadas, así como la alteración de los procesos de calcificación coralina y la emergencia
de diversas enfermedades coralinas. Aunque medidas directas
contra los efectos globales en los arrecifes, por ejemplo blanqueamiento coralino, son prácticamente imposibles de lograr,
nuevas medidas deben proteger la resiliencia ecosistémica
para permitir la recuperación ante nuevas perturbaciones ambientales o un cambio progresivo del clima. Varias de nuestras
investigaciones en el Laboratorio de Biología Molecular Marina
(BIOMMAR) se dirigen actualmente a estudiar los procesos de
resiliencia para el mantenimiento de la simbiosis invertebradozooxantela [4,5] y paralelamente el estado de la calcificación en
octocorales. Igualmente, nos hemos preocupado por colaborar
con científicos del área socioeconómica en busca de mejorar la
eficiencia en el manejo de áreas marinas protegidas en busca
de fortalecer la resiliencia de los arrecifes coralinos y sus habitantes con miras a adaptarse a la nuevas condiciones cambiantes del ambiente [6]. •
Carlos Edwin Gómez
Figura 4. Métodos de campo
para el monitoreo de calificación
y alcalinidad en arrecifes rocosos
y coralinos. A) Incubación con
calceina en Letogorgia alba (Detalle: imagen de la calcificación
detectada luego de 48 horas en
un esclerito mediante microscopia laser confocal) B) Cámaras
de incubación para medir la
alcalinidad y calcificación in situ
de corales y octocorales mediante conjunción con marcaje de
Calcio con tetraciclina y calceína.
Ambas fotos isla Malpelo, febrero
del 2010, El Arrecife 15 m.
Referencias
[1] Rodríguez A. et ál. (2008) “The Effects Of Coral
Bleaching In Southern Caribbean”, en Wilkinson, C.
& Souter, D. (eds) Status of Caribbean coral reefs
after bleaching and hurricanes in 2005, Townsville
(Australia), Global Coral Reef Monitoring Network,
and Reef and Rainforest Research Centre: 105-142
[2] Sánchez J. A. et ál. (2010) “White plague-like
coral disease in remote reefs of the Western Caribbean”, en Revista de Biología Tropical (International Journal of Tropical Biology), 58: 145-154.
[3] Ward, J. R. et ál. (2006), “Coral diversity and disease in Mexico”, en Diseases of Aquatic Organisms, 69: 23-31.
[4] Granados, C. et ál. (2008), “Phylogenetic relationships among zooxanthellae (Symbiodinium) associated to excavating sponges (Cliona spp.) reveal
an unexpected lineage in the Caribbean”, en Molecular Phylogenetics and Evolution, 49: 554-560.
[5] Porto, I. et ál. (2008), “Macroalgal-associated dinoflagellates belonging to the genus Symbiodinium
in Caribbean reefs”, en PLoS ONE, 3 (5): e2160.
[6] Camargo, C. et ál. (2009), “Community involvement in
management for mantaining coral reef resilience and
biodiversity in southern Caribbean marine protected
areas” en Biodiversity & Conservation, 18: 935-956.
Reseña del autor
Profesor asociado, Departamento de Ciencias Biológicas,
Universidad de los Andes. Director de Investigaciones y
Posgrados, Facultad de Ciencias. Director del Laboratorio de Biología Marina (BIOMMAR).
Códigos de barras de ADN
Tras las huellas de las especies
Mailyn A. González
va acompañado por la desaparición de especies como consecuencia directa e indirecta de las actividades humanas. En
el 2010 se celebró el Año Internacional de la Biodiversidad,
un evento que sirvió ante todo como un llamado de alerta
para recordar que el impacto antrópico sobre todos los niveles de la biodiversidad es muy alto, los efectos de este sobre
el bienestar humano, nefastos, y nuestra ignorancia frente a
lo que nos rodea, aguda.
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd.: Nature
Compartimos el planeta Tierra con millones de especies de
las cuales conocemos tan solo un porcentaje de los estimados existentes (v. figura 1). Ecosistemas emblemáticos como
los bosques húmedos tropicales y los arrecifes de coral ilustran la coexistencia de centenares de especies en una pequeña superficie y el reto científico y técnico que constituye
la caracterización de esta riqueza biológica (v. figura 2). El
desconocimiento de parte de la biodiversidad que nos rodea
Figura 1. Diversidad conocida y estimada en algunos grupos de animales. Las cifras arriba de cada grupo de organismos representa el número de especies conocidas mientras que las
cifras de abajo corresponden al grupo estimado de especies.
Fuente: Blaxter (2003), “Molecular Systematics, counting angels with DNA”, en Nature, 421: 122–124.
Mailyn González
Mailyn González
Néstor Ardila
Néstor Ardila
Figura 2. El Bosque húmedo tropical y los arrecifes de coral son ecosistemas emblemáticos por su alta diversidad biológica. La riqueza biológica
de estos sistemas representa desafíos técnicos y científicos para su
identificación.
Dentro de las prioridades del Convenio de Biodiversidad Biológica
(CBD), del cual Colombia es signataria, tenemos el compromiso
de acelerar el inventario de la biodiversidad y comprender mejor
su funcionamiento con el fin de proponer planes de manejo acertados para su conservación. Sin embargo, teniendo en cuenta la
inmensa diversidad que nos rodea, se ha hecho necesario replantear la aproximación metodológica que tenemos para acelerar la identificación de las especies y su descubrimiento.
En general, la identificación de las especies se realiza a partir de
atributos morfológicos diagnósticos como coloración, forma y tamaño, y en muchos casos esta identificación requiere la presencia de caracteres sexuales como flores y frutos en las plantas.
A pesar de que la información morfológica es indiscutiblemente
útil, tiene la desventaja de no poder ser utilizada en casos donde diferentes especies presentan una morfología similar, esto
puede ocurrir en especies que se separaron recientemente y
para las cuales no se han detectado aún diferencias morfológicas evidentes (v. figura 3). Asimismo, la identificación a partir
de atributos morfológicos no permite encontrar la identidad de
una especie en situaciones donde solo una parte de los atributos morfológicos está presente, como cuando se trabaja con
estados de vida juveniles (ausencia de órganos reproductivos
desarrollados) o a partir de fragmentos de tejido (como muestras
de sangre, pieles, plumas, semillas, etc. [v. figura 4]). En estos
casos la información genética codificada en el ADN puede servir
de herramienta para la identificación. En efecto, cada organismo
es único, si tomamos el conjunto de la información contenida en
el ADN bajo la combinación de las bases nucleotídicas (A,C,T,G).
Basados en la idea según la cual todas las especies de un grupo
de organismos comparten una misma región genética, y que
esta región presenta variaciones entre las especies, surge la iniciativa de los “códigos de barra de ADN” (CB-ADN), que propone
el uso de una o varias regiones estándar del genoma como herramienta de identificación. Las regiones del genoma propuestas
como CB-ADN corresponden a secuencias cortas, fáciles de obtener bajo protocolos estándar en el laboratorio y que presentan
suficientes diferencias entre las especies. Esta iniciativa surge
en el 2003, como una propuesta de Paul Hebert y colaboradores
en la universidad de Guelph, Ontario, Canadá [1, 2]. Desde ese
entonces un gran número de publicaciones ha demostrado la
eficiencia de los CB-ADN en el estudio e inventario de la biodiversidad así como sus limitaciones.
Figura 3. Especímenes del complejo de especies Automeris zugana presente en Guanacaste, Costa Rica. El uso de la secuencia COX1 como código de barras de ADN confirmó la
presencia de especies cripticas en este grupo de organismos (arriba); imagen modificada de Janzen et ál. 2005.
Progresos y limitaciones
del código de barras de ADN
El desarrollo de códigos de barras de ADN creó grandes expectativas al proponer facilitar el levantamiento de inventarios de
biodiversidad, el descubrimiento de especies crípticas y particularmente su aplicación en estudios ecológicos para los cuales
la identificación de material biológico a partir de fragmentos o
estados de vida juveniles es un impedimento mayor. Algunas de
estas expectativas se han cumplido a pesar de que en el camino
se ha reconocido la limitación de este método en ciertos grupos
de organismos. A continuación algunos ejemplos.
http://carlyblog.com.ar
Para que el CB-ADN funcione, es necesario disponer de un catálogo o librería molecular que reúne la(s) secuencia(s) de CB-ADN
para cada especie. Esta librería molecular debe ser construida a
partir de especímenes bien identificados y que abarquen el área
de repartición geográfica de la especie [3]. Una vez se tiene la
librería molecular de referencia, se puede buscar en ella una correspondencia con la especie a partir de cualquier fragmento de
tejido desconocido (v. figura 5). En animales se utiliza como principal CB-ADN una porción del gen mitocondrial COX1; en plantas
varias secuencias del cloroplasto y el núcleo son utilizadas [4, 5¸
6, 7]; mientras que en hongos no se ha llegado aún a un consenso
en cuanto a la región CB-ADN más apropiada.
Mailyn González
http://www.wildbiology.com
Mailyn González
Figura 4. La identificación de especies a partir de
fragmentos de tejidos como en el caso de hierbas
medicinales o productos manufacturados puede resultar
imposible. Asimismo la falta de caracteres morfológicos
diagnósticos en los estados de vida juveniles dificulta la
tarea de identificación biológica.
I. Espécimen de referencia
II. Extracción y amplificación del código de barras
de adn
III. Secuenciación
Buscar correspondencia siguiendo los pasos II y III
Fragmentos que requieren identificación
IV. Base de datos de referencia
Figura 5. Proceso de identificación mediante el uso de código de barras de ADN. Es necesario generar una base de datos de referencia a partir de especímenes bien identificados y para
el cual se tomarán datos de ubicación geográfica y notas de colecta. A partir de estos especímenes se realiza en laboratorio la extracción, amplificación y secuenciación del código de
barras ADN. Una vez la base de referencia existe, es posible buscar en ella una correspondencia a partir de cualquier muestra de tejido.
Uno de los proyectos más emblemáticos en los que se ha utilizado el CB-ADN es en el inventario de la biodiversidad de lepidópteros en la reserva forestal de Guanacaste, Costa Rica. En
este lugar se viene realizando el estudio taxonómico y ecológico
de estos organismos desde 1978 y a partir del 2003 se ha secuenciado de manera sistemática COX 1, lo cual ha permitido
—al ensamblar la información molecular, taxonómica y ecológica— el descubrimiento de un centenar de potenciales nuevas
especies. Hasta el momento, la secuencia COX 1 ha permitido
identificar con éxito el 99% de las especies de lepidópteros estudiadas en esta zona. La adición de COX 1 en este inventario ha
permitido igualmente mejorar la correspondencia entre sexos,
de formas juveniles y adultas [8]. De igual forma, COX 1 ha sido
aplicado en el levantamiento de inventario de las hormigas en
Madagascar, que representa uno de los puntos con mayor biodiversidad del planeta y donde este grupo de organismos cuenta
con no menos de 1000 especies de las cuales el 96% son endémicas y el 75% están aún por describir.
Con una perspectiva más ecológica, el CB-ADN de plantas aplicado a las heces fecales de animales como el oso marrón del Himalaya (Ursus arctos) y la marmota dorada (Marmota caudata),
presentes en Pakistan, permitió describir el régimen alimenticio
de estos organismos [9]. Asimismo, un estudio de CB-ADN a
partir del contenido estomacal de escarabajos del grupo Chrysomelinae en Australia, exploró la relación de especificidad alimenticia de estos insectos con sus huéspedes vegetales [10]. Un
gran número de estudios ha implementado el CB-ADN en aves,
lo cual ha resultado en la compilación de miles de secuencias
de estos organismos alrededor del mundo. La disponibilidad de
estas secuencias permitió a Kerr y colaboradores [5] realizar un
estudio comparativo de la diversidad genética entre las aves de
Norteamérica y Argentina, con el fin de estudiar los mecanismos
evolutivos subyacentes a la diversidad regional del Neotrópico.
El CB-ADN puede ser exitosamente utilizado como herramienta de control en el comercio de especies y manejo de plagas.
Por ejemplo, Eaton y colaboradores [11] mostraron que COX 1
permitía identificar 23 especies de reptiles y mamíferos que
son comercializados de manera ilegal en Suramerica y África.
El punto más interesante de este estudio es que la identificación
de las especies se hizo a partir de bienes manufacturados como
bolsos, correas y pieles, muestras que no hubiesen podido ser
asignados a la especie con certeza a partir de atributos morfológicos. Siguiendo el mismo procedimiento, Baker y colaboradores [12] demostraron que la carne vendida como Sashimi en un
restaurante de Los Ángeles, Estados Unidos, y en un restaurante
en Seúl, Corea del Sur, correspondían a tres especies de ballena.
La identificación de las especies de ballenas que se encuentran
en la lista CITES (Convención sobre el comercio internacional de
especies amenazadas de fauna y flora silvestre) que prohíbe el
tráfico de especies amenazadas, puso a la luz un comercio ilegal
proveniente de Japón y que condujo al cierre del restaurante en
Estados Unidos [12]. En el mismo estudio, muestras que eran
vendidas como carne de caballo, resultaron ser carne de res
según los resultados del CB-ADN. La utilización de CB-ADN ha
permitido igualmente, la detección temprana de especies no nativas con tendencia invasora, como es el caso de la detección
del alga Gracilaria vermiculophylla en aguas canadienses durante un inventario molecular de macroalgas.
que hace pública la información generada y que viene siendo
publicada principalmente en la base de datos BOLD (barcoding
of life datasystems) [15]. Esta base de datos proporciona imágenes del espécimen, información referente a su área de distribución y la(s) secuencia(s) respectiva(s) de CB-ADN (v. figura 5).
Con el fin de incrementar el número de especies referenciadas
en esta librería molecular, se dio inicio en el 2010 al proyecto
internacional iBOL (International Barcode of Life), que espera
producir en un período de cinco años, cinco millones de secuencias, correspondientes a 500.000 especies de eucariotas
(http://ibol.org/). El desarrollo de esta iniciativa fortalecerá el uso
de CB-ADN como herramienta de identificación de especies. En
América Latina, se destaca la participación de México, Argentina, Perú y Brasil en esta iniciativa internacional.
Una de las mayores limitantes del CB-ADN es que se basa principalmente en el uso de secuencias heredadas de manera uniparental, lo cual proporciona tan solo una parte de la historia
evolutiva de un organismo. Asimismo existen numerosos estudios que demuestran la incapacidad de las secuencias CB-ADN
para diferenciar entre especies cercanas en su historia evolutiva
como ciertos grupos de mariposas y plantas [13, 6]. Por último,
se ha reportado que en ciertos grupos, como los artrópodos, la
diversidad genética descrita por los CB-ADN puede estar sesgada por la acción de simbiontes como el microorganismo Wolbachia [14]. No obstante, a pesar de estas limitaciones inherentes
a la biología de los organismos y a la aproximación metodológica
del CB-ADN, esta herramienta es indiscutiblemente útil y exitosa
en el estudio e inventario de la biodiversidad en general.
Colombia, como país megadiverso puede verse altamente beneficiado por la aplicación de los códigos de barras de ADN como
herramienta de identificación de su biodiversidad. No solo poseemos una impactante biodiversidad de la cual una parte está
aún por descubrir, sino que además, debemos enfrentar problemáticas de gestión como el comercio ilegal de especies. El desarrollo de los códigos de barras requiere adelantar y homogeneizar procesos que conlleven a la colecta y estudio taxonómico
de especímenes, al mejoramiento de las colecciones biológicas,
su conservación, al desarrollo de protocolos moleculares y al
desarrollo tecnológico asociado a la obtención de secuencias
así como al desarrollo de herramientas bioinformáticas para su
análisis. En todas estas etapas el país podría verse beneficiado
si une esfuerzos entre entidades académicas, administrativas,
públicas y privadas, y propone una plataforma nacional para
acelerar, coordinar e integrar la información generada a partir de
proyecto CB-ADN sobre la biodiversidad nacional. Esta iniciativa
interinstitucional está en marcha y espera consolidarse en el corriente de este año 2011. •
Iniciativa de CB-ADN en Colombia y el mundo
La iniciativa de los códigos de barras se ha desarrollado principalmente como un movimiento de colaboración internacional
Referencias
[1] Hebert, P. D. N. et ál. (2003), “Biological
identifications through DNA barcodes”,
en Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci., 270
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[2] Hebert, P. D. N.; Ratnasingham, S. & De
Waard, J. R. (2003) “Barcoding animal
life: cytochrome C oxidase subunit 1 divergences among closely related species”,
en Proc. R. Soc. Lon. Ser. B. Biol. Sci, 270
(Suppl 1): S96-S99.
[3] Moritz, C. & Cicero, C. (2004), “DNA Barcoding. Promise and Pitfalls”, en PLoS Biol.,
2(10): e354.
[4] Taberlet, P. et ál. (2007), “Power and limitations of the chloroplast trnL (UAA) intron for
plant DNA barcoding”, en Nucl. Acids. Res.
35(3): e14-e14.
[5] Kerr, K. C. R. et ál. (2009), “Probing evolutionary patterns in Neotropical birds
through DNA barcodes”, en PloS One, 4(2):
e4379.
[6] González M. A. et ál. (2009), “Identification
of Amazonian Trees with DNA Barcodes”,
en PloS One, 4(10): e7483.
[7] Yao, H. et ál. (2010) “Use of ITS2 Region as
the Universal DNA Barcode for Plants and
Animals” en PloS One, 5(10): e13102.
[8] Janzen, D. H. et ál. (2005), “Wedding biodiversity inventory of a large and complex
Lepidoptera fauna with DNA barcoding”, en
Phil. Trans. R. Soc. B., 360: 1835-1845.
[9] Valentini, A.; Pompanon, F. & Taberlet, P.
(2008), “DNA barcoding for ecologists”, en
Trends Ecol. Evol., 24(2): 110-117.
[10] Jurado-Rivera, J. A. et ál. (2009), “DNA
barcoding insect-host plant associations”,
en Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci., 276
(1657): 639-648.
[11] Eaton, M. et ál. (2010) “Barcoding bushmeat. Molecular identification of Central
African and South American harvested vertebrates”, en Conserv. Genet., 11(4): 13891404.
[12] Baker, C. S. et ál. (2010), “Genetic evidence
of illegal trade in protected whales links Japan with the US and South Korea”, en Biology Letters, doi: 10.1098/rsbl.2010.0239.
[13] Elias, M. et ál. (2007), “Limited performance of DNA barcoding in a diverse community of tropical butterflies”, en Proc. R. Soc.
Lond. B. Biol. Sci., 274(1627): 2881-2889.
[14] Hurst, G. D. D. & Jiggins, F. M. (2005), “Problems with mitochondrial DNA as a marker
in population, phylogeographic and phylogenetic studies. The efects of inherited
symbionts”, en Proc. R. Soc. Lond. B. Biol.
Sci., 272:1525-1534.
[15] Ratnasingham, S. & Hebert, P. B. (2007),
“The barcode of life datasystem”, en Molecular Ecology Notes (http://www.barcodinglife.com), 7: 355-364.
Reseña de la autora
Mailyn A. González
Profesora visitante, posdoctorado, Laboratorio de
Botánica & Sistématica, Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de los Andes. Pregrado en Biología: Universidad de Lausanne, Suiza.
Maestría en Biología de Poblaciones: Universidad
de Lausanne, Suiza. Doctorado en Ecología, Evolución y Biodiversidad: Universidad Paul Sabatier,
Toulouse, Francia.
Infecciones humanas
y biodiversidad
Maria del Pilar Delgado Perafán y Carlos Jaramillo
El Laboratorio de Diagnóstico Molecular y Bioinformática (LDMB) es un centro de apoyo a la docencia y
la investigación tanto en ciencias biológicas como en biomedicina, y es una unidad pionera en la investigación en bioinformática en la Universidad de los Andes. La investigación del laboratorio gira en torno
al diagnóstico microbiológico y molecular de diferentes enfermedades, entre ellas las de tipo infeccioso,
apoyada en estudios epidemiológicos y de salud pública. La inmunogenética, la aplicación de sistemas
informáticos a la comprensión de los fenómenos biológicos, con énfasis en los procesos relacionados
con visualización molecular, y la ecotoxicología e inmunotoxicidad, constituyen otras de las líneas de
investigación del centro.
Gran parte de la investigación realizada en el LDMB se dirige al estudio de la diversidad biológica y a la
búsqueda de marcadores moleculares, en un intento de tener una mejor comprensión de la interacción
de ciertos factores microbianos específicos (como por ejemplo, diferentes factores de virulencia de Helicobacter pylori) con moléculas presentes a nivel de las membranas celulares o bien a nivel intracelular.
Teniendo en mente este punto de referencia, de lo que se trata es de ir armando una especie de rompecabezas o mapa, reuniendo las partes, para el caso dado: “los genes y los factores de virulencia de los
agentes, los factores ambientales y los factores del hospedero”. El mapa completo en el orden correcto,
orden que implica relaciones e interacciones efectivas, las cuales, si son modificadas, pueden conducir a
cambios que pueden ir desde ligeros hasta extremos; podría ayudar a explicar toda la gama de presentaciones inocuas, leves, severas y hasta mortales que se describen.
Figura 1. Cultivo Streptococus viridans
Figura 1. Efecto colibrí como resultado de la
infección de células AGS por H. pylori
Figura 3. Resultado negativo en una
reacción de inmunofluorescencia
directa para virus respiratorios
En la actualidad la investigación del LDMB se encuentra encaminada a reunir una cantidad suficiente de información genética
relevante en relación con ciertos factores particulares en el genoma, de ciertos agentes como Helicobacter pylori y Mycoplasma pneumoniae, y de un conjunto de virus respiratorios considerados frecuentes productores de infecciones. Por otra parte,
se dedica a estudiar ciertos genes en el hospedero (en especial,
aquellos relacionados con la respuesta inflamatoria de tipo inmune, tales como las interleucinas proinflamatorias producidas
en razón de la presencia de estos agentes infecciosos). De forma
complementaria se pretende determinar, cuando esto sea posible, aquellos factores ambientales que puedan implicar un riesgo de desarrollar ciertas condiciones patológicas, con el ánimo
de explorar cómo al interactuar los factores estudiados pueden
contribuir a la génesis de un sinnúmero de enfermedades, algunas de ellas poco entendidas en la actualidad y eventualmente a
algunas emergentes, aún poco conocidas.
Con este horizonte planteado, hemos estudiado ciertos factores genéticos específicos de los patógenos bacterianos y virales
mencionados, los cuales son considerados agentes etiológicos
frecuentes de enfermedades respiratorias y de afecciones del
tracto gastrointestinal. Estamos contribuyendo a mejorar los conocimientos sobre la biología de los organismos por una parte y,
por otra, vamos avanzando en la tarea de agregar partes al todo,
lo cual debemos reconocer principalmente debido a la biodiversidad, que nos ha maravillado, haciendo este recorrido cada vez
más interesante.
Diferentes proyectos realizados por profesores del centro, con
el apoyo de estudiantes de pregrado, maestría y doctorado en
temas de importancia en el ámbito de la salud pública, como el
estudio de las infecciones respiratorias agudas o IRAS; o como
aquellos de consecución reciente, algunos aún en una etapa incipiente, como la determinación de la prevalencia de Mycoplasma pnemumoniae y virus en pacientes con exacerbaciones de
asma, así como aquellos que incluyen el diagnóstico molecular
de agentes infecciosos que producen afecciones del tracto gastrointestinal con especial énfasis en Helicobacter pylori, son solo
algunos de los proyectos en curso.
La investigación de varios factores de virulencia como las proteínas
CagA, VacA y BabA de Helicobacter pylori; la amplificación, secuenciación y análisis bioinformático de genes virales y de levaduras
Figura 4. Resultados positivos para adenovirus en una reacción de inmunofluorescencia directa
Figura 5. Prueba de generación de Candida albicans obtenida a partir de cultivo
Figura 6. Prueba de E–Test para determinar la sensibilidad o resistencia de Candida
tropicalis a Itraconazol
como Cándida albicans, al analizar cepas de referencia y cepas clínicas colombianas desde el punto de vista de la variación genotípica
tanto de manera natural como inducida, y el estudio de las variaciones encontradas en diferentes genotipos bacterianos asociados a
la presencia de cierto número de motivos de fosforilación a nivel de
las proteínas expresadas (por ejemplo, CagA o fúngicos resistentes
a antimicrobianos del tipo azoles) nos han permitido tener un mejor acercamiento a la comprensión de la variación genética en los
organismos estudiados entre ellos los rinovirus, los adenovirus, el
virus sincitial respiratorio y últimamente el bocavirus, considerado
un virus emergente, entre otros. Asimismo nos ha permitido evaluar de manera indirecta consecuencias asociadas a algunas de las
variaciones encontradas mediante estudios de docking molecular
realizados in silico, basados en los resultados de los análisis in vitro.
Los diferentes estudios y proyectos desarrollados por el centro,
la mayoría de los cuales han dado lugar a publicaciones en el
Figura 8. Características de las placas de lisis del fago T4r tras la infección de cepas E.
Coli susceptibles
Figura 7. Prueba de inmunofluorescencia positiva para el virus sincital respiratorio
Figura 9. Identificación presuntiva de
levaduras en CHROmagar
ámbito nacional e internacional —como se puede ver por medio
de algunos ejemplos mostrados a continuación— pretenden contribuir a la vigilancia epidemiológica de diferentes agentes bacterianos y virales[1], a establecer la biodiversidad microbiana[2] y
la diversidad genética del hospedero humano[3], a determinar la
ocurrencia, la transmisión, prevalencia y las tasas de infección de
algunos de los agentes implicados en la génesis de enfermedades cardiovasculares y gástricas, como Helicobacter pylori [4], al
entendimiento de los mecanismos relacionados con las patologías
que estos agentes causan[5], y a la implementación de herramientas y tecnologías bioinformáticas útiles en el manejo de datos
en ciencias biológicas y ciencias de la salud [6, 7, 8, 9]. •
Figura 10. Resultado de una electroforesis de proteínas coloreada con azul de Coomassie
referencias
[1] Revista del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias de México (2008), “Detección y tipificación de
virus sincitial respiratorio mediante la técnica de RTPCR anidada en pacientes con infección respiratoria
aguda”, núm. 21(2): 200-206.
[2] Revista Argentina de Microbiología (2009), “Caracterización del gen de la citotoxina vacuolizante de Helicobacter pylori a partir de biopsias gástricas de pacientes
residentes en Tolima, Colombia”, núm. 41: 4-10.
[3] Biomédica (2010), “Genotipificación de los polimorfismos -511, -31 y +3954 del gen de la interleucina-1ß
humana en una población colombiana con cuadro de
dispepsia”, núm. 30:199-206.
[4] Revista Colombiana de Cardiología (2005), “Detección
de Helicobacter pylori en tejido aórtico humano mediante la amplificación del gen del 16S rDNA”, núm.
12(4): 157-162.
[5] Revista Argentina de Microbiología (2009), “Caracterización del gen de la citotoxina vacuolizante de Helicobacter pylori a partir de biopsias gástricas de pacientes
residentes en Tolima, Colombia”, núm. 41: 4-10.
[6] Epidemiol. Infect (2011), “Molecular typing of Adenovirus circulating in a Colombian pediatric population with
Acute Respiratory Infection”: 1-5.
[7] World J Gastroenterol (2010), “Helicobacter pylori CagA
protein polymorphisms and their lack of association
with pathogenesis”, núm. 16(31): 3936-3943.
[8] Memorias del congreso API (2011), “Secuenciación y
análisis del gen codificante de la proteína CagA de Helicobacter pylori”:119.
[9] Memorias del congreso API (2011), “Screening for
ERG11 gene mutations associated with Azole resistance in Candida albicans and C. tropicalis via induction of
resistance”:130.
reseña de los autores
Pilar Delgado
Bacterióloga. Universidad de los Andes
M. Sc. en Microbiología. Universidad de los Andes
Profesor asociado, Universidad de los Andes
Carlos Jaramillo
Microbiólogo, Universidad de los Andes
M. Sc en Microbiología. Universidad de los Andes
Profesor titular, Universidad de los Andes
Figura 11. Prueba de Elisa que muestra positivos y negativos
La evolución humana
Estudiada a través de la biodiversidad
de los microorganismos
El origen y la dispersión de los humanos modernos es uno de los
más famosos debates en el campo de la biología evolutiva. La
hipótesis más aceptada sugiere un origen de los humanos modernos en África, de donde migraron hace 150.000 años antes
del presente con rumbo a Asia y Europa. Esta migración trajo
como consecuencia una drástica reducción de la diversidad genética. Hoy en día, este evento es una de las principales dificultades a las que nos enfrentamos cuando queremos establecer
relaciones entre individuos de diferentes lugares geográficos.
Los estudios de Cavalli-sforza [1] fueron los primeros en establecer la diversidad genética en las poblaciones del mundo a
través del estudio de marcadores clásicos, basados en los polimorfismos de proteínas. Rápidamente, estos marcadores fueron
reemplazados por el genoma mitocondrial con un modo de herencia matrilineal y famoso por que con él se estableció la teoría
de la Eva africana [2]. Mas adelante la identificación de polimorfismos en el ADN genómico y en el cromosoma Y (STRs, SNPs)
empezaron a ser ampliamente utilizados en el campo de la genética de poblaciones [3, 4]. La información que hoy en día se
conoce ha permitido esclarecer algunas hipótesis con respecto
a algunos movimientos migratorios, pero siguen sin resolverse
algunos eventos como el número de migraciones a Asia y Europa desde África y el número de migraciones que dieron origen
al poblamiento de América entre otras. Esto ha requerido que se
investiguen y establezcan nuevas fuentes de información como
lo son los microorganismos, que han acompañado y migrado
por muchos años con la especie humana. Algunos candidatos
son virus como: HTLV (virus linfotropico de células T humanas),
HPV (papiloma virus), HIV (virus de inmunodeficiencia humana)
y algunas bacterias como el Mycobacterium tuberculosis y el
Helicobacter pylori entre otros [5].
Migración de los humanos modernos
en compañía del Helicobacter pylori
El Helicobacter pylori fue descubierto por Marshall y Warren
en 1984 y recientemente ha sido seleccionado como un buen
candidato para el estudio de las migraciones humanas. En los
últimos años, se han identificado los genotipos de diferentes cepas de H. pylori provenientes de individuos de diversas áreas
geográficas, lo que ha demostrado que esta bacteria posee una
amplia y fuerte estructura filogeográfica, que refleja la historia
de las migraciones de los humanos modernos. De igual forma,
se ha podido concluir que este microorganismo infectó a la especie humana y convivió con ella muy temprano en la historia de
los humanos modernos, incluso antes de su salida del continente africano, hace por lo menos 100.000 años [6].
El genoma de Helicobacter pylori es relativamente pequeño y
muestra una tasa elevada de recombinación, lo cual repercutiría
en una historia evolutiva difícil de deducir. Sin embargo, teniendo
en cuenta la forma como se transmite dentro de las familias
(generalmente de madre a hijo), pueden hacerse inferencias
evolutivas más fácilmente, de modo que se parezca en cuanto al
tipo de transmisión materna al modo de herencia matrilineal del
ADN mitocondrial [7].
Los estudios de identificación genética de las cepas de H. pylori,
en grupos humanos étnica y lingüísticamente diferentes,
fueron realizados por Falush en el 2003. El método de identificación estuvo basado en la tipificación de secuencias de
múltiples loci (MLST) de siete genes constitutivos (atpA, efp,
mutY, ppa, trpC, ureI y yphC). Los resultados de este estudio
permitieron identificar cuatro grupos
principales de cepas bacterianas
designadas de acuerdo con el lugar
de origen como hpEuropeo (proveniente de Europa y sus colonias),
hpEastAsia (este asiático), hpAfrica1
(norte de África) y hpAfrica 2 (sur de
África). A su vez, el grupo hpEastAsia, se encuentra subdividido en
tres genotipos: hspMaori (polinesia),
hspAmerind (amerindio) y hspEAsia
(Este asiático); y del grupo hsAfrica1
derivan las cepas hspWAfrica (África
occidental) y hspSAfrica (sur de África). Estos resultados evidenciaron
entonces una fuerte y obvia asociación geográfica, donde se ven reflejados eventos mayores en la historia
del asentamiento humano como lo
son la colonización de la polinesia,
la colonización del continente americano y la migración Bantú africana. La identificación de movimientos
poblacionales recientes, como es el
ejemplo de la población Ladakh en
la India, han sido documentados a
través de la diversidad de H. pylori,
donde la aproximación por medio
del análisis de otros marcadores
como el ADN mitocondrial y el cromosoma Y han sido marginales [8].
A
B
9
8
12 16 28
9
18
Figura 1. A: Distribución de los seis principales
genotipos de H. pylori antes de que Cristóbal Colon
descubriera el Nuevo Mundo: hpEuropeo (verde),
hpEsteAsia (naranja), hpAfrica1 (azul), hpAfrica2
(verde), hpAsia2 (gris) y hpNEAfrica (morado);
hpEsteAsia incluye las subpoblaciones hspMaori
(Polinesia), hspAmerindio (nativos americanos)
y hspEAsia (este de Asia). B: Luego de Colón, la
distribución de H. pylori cambió notablemente. C:
Muestra la incidencia anual de cáncer gástrico. Los
círculos coinciden con los países en los cuales los
genotipos de H. pylori han sido estudiados. Y los
colores coinciden con las figuras A y B. Interesantemente, se puede traslapar la incidencia de cáncer
gástrico con los genotipos de H. pylori de la figura
B. Tomado de: Yamaoka et ál. (2008), “Geographic
Differences in Gastric Cancer Incidence” en Internal
Medicine, 47: 1077–1083.
8
44
70
20
11
8
6
36
5
4
5
69
36
24
22
33
5
33
6
9
10
11
C
Figura 2. Distribución actual en el árbol filogenético
de las cepas aisladas en Colombia de la zona de
Tuquerres (alto riesgo de CG) y de Tumaco (bajo
riesgo de cg), al igual que las cepas estudiads por
Falush en el 2003.
Tomado de De Sablet, T. et ál. (2011), “Phylogeographic origin of Helicobacter pylori is a determinant of
gastric cancer risk”, en Gut, BMJ Publishing Group.
Low risk H. pylori isolates
High risk H. pylori isolates
hpEurope
hspSAfrica
hpAfrica1
hspWAfrica
hpAfrica 2
hspAmerind
hpEastAsia
hspEAsia
hspMaori
Low risk region
High risk region
hpAfrica1
19
0
hpEurope
10
35
Fisher’s exact test
p<0,0001
Relación entre H. pylori y cáncer gástrico
Helicobacter pylori es una bacteria Gram negativa, que infecta la
mucosa gástrica de aproximadamente la mitad de la población
mundial, de la cual solo una fracción desarrolla úlcera, gastritis,
linfomas asociados a mucosas (MALT) y adenocarcinoma gástrico. Las razones por las cuales hay esta variabilidad de manifestaciones clínicas hasta hoy son desconocidas, aunque algunos factores genéticos, inmunológicos y medioambientales del huésped,
al igual que factores de virulencia de la bacteria, podrían estar
involucrados en la susceptibilidad a estas enfermedades [9].
El cáncer gástrico (CG) es la segunda causa de muerte por cáncer más frecuente en el mundo, donde la prevención ha sido
considerada como una de las estrategias más prometedoras
para controlar la enfermedad, pero para esto se requiere entender muy bien el proceso que conlleva al cáncer.
Hoy en día se estima que más de la mitad de las poblaciones
del mundo están infectadas con Helicobacter pylori, pero solo
una pequeña fracción (aproximadamente 2000 individuos infectados al año) desarrollan cáncer gástrico. Esto conlleva una
distribución geográfica diferencial en cuanto a la incidencia de
esta enfermedad. Poblaciones ubicadas en el este de Asia presentan índices altos de infección con H. pylori y alta prevalencia
de CG, caso contrario ocurre en Africa y el sur de Asia, donde la
infección es alta pero la incidencia de cáncer gástrico es baja.
Estos hallazgos han dado origen a lo que hoy se conoce como el
enigma asiático y el enigma africano. La variabilidad en la incidencia en las diferentes áreas geográficas ha sido explicada en
parte por la presencia de cepas más agresivas portadoras de los
genes de virulencia CagA y VacA. Sin embargo, no se han podido
encontrar diferencias importantes en las cepas de H. pylori que
puedan explicar la variabilidad en la baja incidencia de CG en
India, Pakistán y Bangladesh, las que contrastan ampliamente
con la alta incidencia observada en China y el Japón [10].
Múltiples estudios confirman la importancia del análisis de MLST
de H. pylori como una herramienta útil en el estudio de poblaciones humanas, pero empieza a cobrar un especial interés en
el campo de la investigación médica, donde las diferencias geográficas de la incidencia de CG se pueden relacionar muy bien
con los grupos de H. pylori antes mencionados. Las poblaciones
con una alta incidencia de cáncer gástrico corresponden exactamente con las cepas hpEastAsia y, por el contrario, poblaciones como Africa y el sur de Asia presentan una baja incidencia
donde los genotipos son hpAfrica1 o hpAfrica2 y hpAsia2. Estos
resultados podrían explicar en parte los enigmas antes mencionados (v. figura 1) [12].
El enigma Asiático y Africano en el departamento
de Nariño
La población de Tuquerres en el departamento de Nariño presenta mundialmente el índice más alto de CG (150 casos por cada
100.000 habitantes), por el contrario, la región de Tumaco ubicada en la costa pacífica del mismo departamento, presenta los
porcentajes más bajos de incidencia de CG (~ 6 por 100.000 habitantes). La presencia de la infección por H. pylori es muy alta en
ambas poblaciones (90 %), de donde se concluye que la infección
por H. pylori induce la formación de cáncer gástrico en la zona de
montaña del departamento, pero no en la costa pacífica [9].
La identificación de los genotipos ancestrales de H. pylori antes
mencionados ha sido estudiada por el grupo de Pelayo Correa
en estas dos zonas del país. Los resultados revelan que el origen
filogeográfico de las cepas aisladas en Tuquerres, donde el origen de la poblacion es en su mayoría mestizo, son de origen Europeo (hpEuropeo), poniendo en evidencia la ausencia de cepas
amerindias (hspamerindia), hallazgo que ha sido descrito previamente por otros autores en poblaciones indigenas venezolanas
[12]. Estos resultados sugieren que las cepas europeas que debieron ingresar con los españoles en la época de la conquista
han presentado a lo largo del tiempo una ventaja competitiva
comparada con las cepas amerindias obligando a estas últimas
a desaparecer. Por otro lado, las cepas aisladas en los individuos
de la zona de Tumaco, cuyo componente étnico es principalmente mulato, son mas diversas, encontrándose cepas de origen
europeo y africano (hpEuropeo, hpAfrica1). Esto refleja en parte
los eventos historicos propios de la conquista, como el ingreso
de grupos esclavos al continente provenientes principalmente
del este de África. Adicionalmente, en este estudio se observó
que las cepas con origen filogeográfico europeo estan fuertemente asociadas con lesiones histologicas avanzadas [13]. La
figura 2 muestra la distribucion actual en el arbol filogenetico
de las cepas aisladas en Colombia de la zona de Tuquerres (alto
riesgo de CG) y de Tumaco (bajo riesgo de CG), al igual que las
cepas estudiads por Falush en el 2003. Estas figuras reflejan la
ausencia de cepas nativas amerindias de H. pylori y la combinacion de cepas africanas y europeas en la zona de bajo riesgo. Es
claro que la distribucion filogeografica inicial de las cepas de H.
pylori ha sido modificada a lo largo del tiempo por factores como
migraciones humanas (v. figura 1). •
Referencias
[1] Cavalli-Sforza, L. (1998), “The DNA revolution in
population genetics”, en Trends in Genetics, 14:
60-65.
[2] Cann, R. L.; Stoneking, M. & Wilson, A. C. (1987),
“Mitochondrial DNA and human evolution”, en
Nature, 325: 31-36.
[3] Ruiz-Linares, A. et ál. (2002), “Microsatellites provide evidence for Y chromosome diversity among
foundres of the New World”, en Proc. Nalt. Acad.
Sci., 96: 6312-6317.
[4] Underhill, P. A. et ál. (2001), “The Phylogeography
of Y chromosome binary haplotypes and the origins of modern human populations”, en Ann Hum
Genet, 65: 43-62.
[5] Wirth, T.; Meyer, A. & Achtman M. (2005), “Deciphering host migrations and origins by means of their
microbes”, en Molecular Ecology, 14: 3289-3306.
[6] Falush, D. et ál. (2003), “Traces of human migrations in Helicobacter pylori populations”, en
Science Mar., 7; 299 (5612): 1582-1585.
[7] Tindberg, Y. et ál. (2001) “Helicobacter pylori infection in Swedish school children: lack of evidence of child-to-child transmission outside the
family”, en Gastroenterology, 121: 310-316.
reseña de la autora
[email protected]
M.Sc, PhD., Ciencias-Biología, Universidad de los Andes
Profesora asistente del Departamento de Ciencias Biológicas
Investigadora del Laboratorio de Genética Humana (LGH)
Juan David Reina Rozo
[8] Wirth, T. et ál. (2004), “Distinguishing human ethnic
groups by means of sequences from Helicobacter
pylori: lessons from Ladakh”, en Proc. Nalt. Acad.
Sci. 101: 4746-4751.
[9] Correa, P. (1988), “A human model of gastric carcinogenesis”, Cancer Res., 48: 3554-3560.
[10] Piazuelo, M. B.; Epplein M. & Correa, P. (2010),
“Gastric cancer: an infectious disease”, en.Infect.
Dis. Clin. North. Am. 4: 853-69.
[11] Yamaoka, Y.; Kato, M. & Asaka, M. (2008), “Geographic differences in gastric cancer incidence can be explained by differences between
Helicobacter pylori strains”, en Intern. Med.,
47(12):1077-1083.
[12] Dominguez-Bello, M. G. et ál. (2008), “Amerindian
Helicobacter pylori strains go extinct as European
strains expand their host range”, en PLoS One, 3:
e3307.
[13] De Sablet, T. et ál. (2011, febrero), “Phylogeographic origin of Helicobacter pylori is a determinant
of gastric cancer risk”, en Gut, 10, BMJ Publishing Group.
Xiomara López Legarda
RESÚMENES DE
CONFERENCIAS
DEL ENCUENTRO
Carolina Figueroa
Cuantificación de la función
de transferencia horizontal de genes
en la evolución bacteriana
Kostas Konstantinidis / Center for Bioinformatics and Computational Genomics / Georgia Institute of Technology
Lecturas sugeridas
Filogenia completa de los genomas de la Escherichia usados en el estudio
Fuente: Luo et ál. (2011), “Genome sequencing of environmental Escherichia coli”, en PNAS, 108 (17): 7200-7205.
PNAS is not responsible for the accuracy of this translation
Ahora está bien establecido que la transferencia horizontal de genes [1] (HGT por su
sigla en inglés) representa la mayor parte de
la (enorme) diversidad y la fluidez vistas en
los genomas bacterianos. Sin embargo, una
comprensión sólida de las tasas del HGT
para la mayoría de especies bacterianas y
la influencia de los factores ecológicos en
estas tasas sigue siendo difícil. Una mejor
comprensión de este problema tiene amplias
e importantes repercusiones, como son el
diagnóstico fiable de los agentes en enfermedades infecciosas, generación de nuevas
estrategias exitosas en biorremediación y un
modelamiento sólido de la evolución y especiación bacteriana. Quisiera destacar algunos
de nuestros estudios recientes cuyo objetivo
ha sido evaluar la interacción entre ecología
y HGT, y así cuantificar HGT en tres niveles
principales: 1) el nivel de especie, donde la
superposición de nichos ecológicos ha demostrado que causa una HGT tan rampante
que puede servir como fuerza de cohesión
entre especies, 2) el nivel de género, donde
HGT parece movilizar sobre todos los genes con ventajas ecológicas/selectivas para
el genoma receptor y para evitar fusión de
especies, y 3) el nivel de filo, donde HGT en
general es menos frecuente que en el nivel de
género, pero hemos identificado un caso en el
que esta ha afectado el intercambio genético
directo en casi la mitad del genoma entre dos
fila, resultando en fila quiméricos. Las implicaciones de estos últimos resultados para el
ensamblaje del árbol de la vida en procariotas
está siendo ampliamente discutido. •
Caro-Quintero A. et ál. (2011, enero), “Unprecedented levels
of horizontal gene transfer
among spatially co-occurring
Shewanella bacteria from the
Baltic Sea”, en The ISME Journal, 5(1):131-40.
Caro-Quintero, A.; RodriguezCastaño, G. P. & Konstantinidis, K. T., (2009), “Genomic
insights into the convergence
and pathogenicity factors of
Campylobacter jejuni and
Campylobacter coli species”,
en J. of Bacteriology, 191(18):
5824-31.
Notas:
[1]Cuando se transfiere información genética (ADN) de
un organismo adulto a otro
similar (sin necesidad de que
tengan parentesco) y existen
mecanismos para que esta
información sea mantenida
y heredada por el organismo
receptor. A diferencia de la
transferencia vertical de información genética, la cual
se da entre un organismo
parental y su descendencia.
Exploración de las unidades de la
diversidad microbiana
con (meta-)genómica
Lecturas sugeridas
Kostas Konstantinidis / Center for Bioinformatics and Computational Genomics /
Konstantinidis, K. & De Long, J.,
(2008), “Genomic patterns
of recombination, clonal divergence and environment
in marine microbial populations”, en The ISME Journal.
Konstantinidis et ál. (2009), Comparative systems biology across
an evolutionary gradient within
the Shewanella genus, PNAS.
Georgia Institute of Technology
Los organismos más pequeños (bacterias y arqueas) representan el mayor reservorio de biodiversidad en la Tierra, siendo además los responsables de muchos ciclos biogeoquímicos vitales
para mantener la vida e igualmente con la capacidad de causar enfermedades en seres humanos,
animales y plantas. Sin embargo, los aspectos fundamentales de esta biodiversidad asombrosa
siguen siendo poco conocidos, sobre todo debido a limitaciones tecnológicas en el cultivo y estudio de los microorganismos. Por ejemplo, miles de especies de bacterias viven en un solo gramo
de tierra o un litro de agua de mar, cada uno con cientos de genes únicos de función desconocida.
Sin embargo, sabemos muy poco acerca de lo que esta diversidad genética significa y cuán redundante o útil podría ser. Además, no está claro si la gran biodiversidad microbiana en el planeta
está organizada en unidades discretas que correspondan a especies ecológicamente coherentes.
Nuestros análisis genómicos totales, sin incluir los cultivos de los microorganismos (también conocido como metagenómica), han revelado que las comunidades microbianas naturales se componen fundamentalmente de poblaciones discretas, linajes de secuencias de bacterias o arqueas,
donde la variación entre las secuencias nucleotídicas [1] de una misma población va entre el 1y el
6% de divergencia. Estas poblaciones podrían constituir las unidades fundamentales de la diversidad microbiana (¿especies?), e identificarlas constituiría el primer paso para entender el enlace
de la diversidad genética con la diversidad funcional y ecológica. Afortunadamente, tecnologías
como la metagenómica ofrecen ahora un nuevo horizonte para entender la diversidad funcional de
las comunidades microbianas y cómo estas comunidades pueden adaptarse a las perturbaciones
ambientales de origen humano y del cambio climático. •
Notas:
[1]Nucleótidos son las moléculas
que componen las secuencias
del ADN, que pueden ser adenina, guanina, timina o citosina. Los genomas son el total
de secuencias de ADN, genes
y otras regiones, de los organismos vivos.
Microbial community DNA
Reference sequence
(e. g., whole-genome, bac/fosmid
clone)
1,2
Coverage plot
(Konstantinidis & DeLong)
Distantly related
populations
0,8
0,4
Blastn
(fishing out)
Genetic
discontinulty
Data processing
Clone based (e. g., Sanger)
0
55 59 64 68 74 76 80 84 88 92 96 100
Nucleotide identity
Fragment recruitment
(Rusch et ál.)
100
90
Genetic discontinulty
Clone free (e. g., 454)
80
70
60
Acercamientos metagenómicos para observar la microdiversidad natural, representación gráfica
Fuente: Konstantinidis K. T. (2011), Handbook of Molecular Microbial Ecology, Volume I: Metagenomics and Complementary
Approaches, First Edition, Edited by Frans J. de Bruijn. Reprinted with permission of John Wiley & Sons, Inc.
50
0
1
2
3
4
5
Position in the reference
En busca de virus colombianos
benéficos para la salud
Martha J. Vives / Grupo de Microbiología Ambiental y Bioprospección
Los virus son parásitos de las células que no pueden reproducirse fuera de ellas. Aunque generalmente los virus se asocian con enfermedades, hay un grupo de ellos que podría ser útil para controlar
infecciones bacterianas. Son los bacteriófagos, o fagos; estos son virus que infectan exclusivamente
bacterias y, desde los años setenta, han sido importantes en la exploración de diferentes procesos
genéticos celulares. Recientemente han sido objeto de renovada atención debido a su potencial como
controladores biológicos de bacterias causantes de infecciones, especialmente debido al incremento
en la resistencia a los antibióticos que dichos patógenos han desarrollado.
Las bacterias patógenas oportunistas, causantes de infecciones contraídas en los hospitales o en
la comunidad, se han convertido en un problema de salud pública mundial debido a la aparición de
cepas resistentes a múltiples medicamentos. La preocupación es mayor debido a que el número de
antibióticos actualmente en estudio por parte de las compañías farmacéuticas es muy bajo (menos
de 10) y ninguno de ellos corresponde a moléculas nuevas, sino a modificaciones de compuestos ya
conocidos.
La fagoterapia es una modalidad de tratamiento antibacteriano muy promisoria en la que se utilizan
bacteriófagos para combatir infecciones causadas por bacterias. En Colombia dos grupos de investigación de la Universidad de los Andes, con el apoyo de diferentes instituciones de atención médica,
han iniciado la búsqueda de fagos que
ayuden a controlar las infecciones causadas por Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus, bacterias de enorme importancia clínica. Los resultados
brindan indicios interesantes acerca de
la diversidad de estos microorganismos
nativos, lo que abre perspectivas para su
aprovechamiento.
Aunque resta mucha investigación, el futuro de la fagoterapia es prometedor. La
facilidad para aislar diferentes fagos en
muestras ambientales ha evidenciado el
gran potencial de nuestra biodiversidad
(incluso en el nivel de parásitos como
ellos), lo que puede ser fuente de futuras
aplicaciones. •
Grupos e instituciones
participantes:
Grupo de Microbiología Ambiental y Bioprospección
Grupo de Diseño de Productos y Procesos
Hospital Federico Lleras
Acosta, Ibagué
Fundación Santa Fe de Bogotá
“Islas” tróficas químicas
a base de plantas
Evolución y mantenimiento de la diversidad de la selva neotropical: una
perspectiva desde las pasifloras y sus herbívoros especialistas
Larry Gilbert
Larry Gilbert / School of Biological Sciences, The University of Texas, Austin, USA
Passiflora
Gran parte de la diversidad en la selva húmeda tropical se compone de cadenas o “islas” tróficas de plantas y sus
insectos especializados. Existe una compleja red de interacciones donde participan diferentes aspectos de la historia
natural de los subsistemas, tales como especies de mariposas y escarabajos que dependen fundamentalmente de
las plantas del género Passiflora. Este género incluye plantas comestibles como el maracuyá, la curaba y la gulupa,
entre otras. La cadena alimenticia basada en Passiflora está conectada débilmente con otras cadenas que se fundamentan en plantas donde las víctimas, los explotadores y los competidores tienen fuertes relaciones mutualistas.
Este género juega un papel importante en el mantenimiento de la diversidad de especies. •
La abundancia de los
grandes micos atelinos
Su relación positiva con la diversidad
de plantas que se regeneran en bosques neotropicales
Fotografías: Sergio Vargas
Pablo R. Stevenson / Laboratorio de Ecología de Bosques Tropicales y Primatología
Los micos atelinos son los primates más grandes en América y, en lugares en los que son
abundantes, pueden dispersar más de un millón
de semillas al día en un kilometro cuadrado. Sin
embargo, hasta esta investigación no era claro si una reducción en sus poblaciones podría
afectar los patrones de diversidad de plantas.
Se hizo entonces un estudio de la riqueza de
especies y la composición florística de plantas
en 16 lugares, con diferente abundancia de
atelinos en tres países del noroeste de Sur
América.
Churuco comiendo de la palma Wettinia kalbreyeri
En un total de 3658 parcelas, 94.340 plantas
fueron asignadas a especies o morfoespecies;
adicionalmente se hicieron pruebas estadísticas para comparar lugares en la misma región con diferentes densidades de primates.
Los análisis mostraron que existe una relación
positiva entre la abundancia de los atelinos y
la diversidad de las plantas.
Todos estos estudios revelan que estos monos
atelinos juegan un papel muy importante en la
propagación de las semillas, lo cual se verifica
al establecer que las plantas de dosel, las de
frutos carnosos y las de semillas medianas y
grandes son más abundantes en lugares con
más atelinos.
Los resultados de este estudio sugieren fuertemente que estos monos son fundamentales
en la regeneración y en la prolongación de la
diversidad de plantas para futuras generaciones; por este motivo, la conservación de estos
primates y otros grandes frugívoros se hace
imperativa. •
Plantas y el hombre
Incentivar el conocimiento de una amplia
gama de aplicaciones de las plantas
María Pinilla, María Fernanda Torres y Santiago Madriñán / Laboratorio de Botánica y Sistemática
Se estima que de las 10.000 a 15.000 especies comestibles conocidas mundialmente,
solo 7000 se han usado en la agricultura, y
de estas apenas un 2 % se consideran económicamente significativas. Más del 90 % de
las variedades cultivadas han desaparecido
de los campos.
La mayoría de los químicos responsables de
los sabores y olores son aceites esenciales.
Muchos de los aceites vegetales son extraídos
de las semillas. Dentro de estas, los aceites
son almacenados en el endosperma, los cotiledones o el scutellum, el único cotiledón modificado presente en plantas como el maíz. En
solo algunos casos, como el aceite de palma o
de oliva, son extraídos de las frutas.
mo que permite instruir a la población habitante
de una región para que adquiera conciencia de
los problemas de su entorno natural y tenga
una guía en la adquisición de conocimientos,
capacidades y responsabilidades que permitan
hallar solución a dichos problemas.
La implementación de iniciativas de educación
ambiental en Colombia promueve una sociedad que se desarrolle en torno a la conservación de los recursos naturales de una manera
sostenible y al mantenimiento de un ambiente
sano para procurar cambios en los modelos
extractivos por modelos sustentables.
Parte del territorio de las comunidades rurales
se caracteriza por albergar especies de plantas que son utilizadas regularmente, sea como
alimento, materia prima para la fabricación de
un sinnúmero de artesanías y herramientas,
especies maderables, plantas con propieda-
Las gomas vegetales son sólidos que consisten en una mezcla de polisacáridos compuestos de azúcares distintos de la glucosa, son insolubles en aceites y solventes orgánicos. Las
gomas solo son parcialmente digeridas por el
hombre y generalmente se consideran inertes,
por lo que se han utilizado ampliamente en la
industria alimenticia para retener la humedad,
dar textura y cremosidad a la comida.
Hoy en día la educación ambiental se ha constituido como una de las estrategias de desarrollo
económico, prioritarias en las agendas de las
comunidades cuyo sustento se basa en la extracción de recursos naturales. Es un mecanis-
des farmacológicas utilizadas en la medicina
tradicional y algunas especies con valor ornamental.
Las plantas, al ser elementos únicos del entorno en geografías particulares, poseen una
estrecha relación con la cultura y el folclor
local. De esta manera, perpetuar el conocimiento local sobre la biodiversidad es una
necesidad urgente en cualquier agenda de
desarrollo sostenible y, debido a que las plantas son eslabones básicos en los ecosistemas,
es posible educar utilizándolas como modelo.
Aspectos biológicos y ecológicos de los bosques tropicales son en gran medida determinados por la estructura y composición de la
cobertura vegetal. En consecuencia, los saberes regionales sobre procesos ecológicos cobran vida en el escenario de la conservación
participativa. •
Mauricio Bernal
El propósito del curso es mostrar, con base en
ejemplos representativos seleccionados, una
amplia gama de aplicaciones que el hombre
ha hecho de las plantas y sus derivados en
diferentes épocas y sociedades.
Museo de Historia Natural ANDES
Especiación por hibridación
en mariposas Heliconius
El origen de la biodiversidad de las mariposas a partir del proceso
de hibridación
Mauricio Linares / Grupo de investigación del Instituto de Genética de la Universidad de los Andes
Unas de las grandes preguntas abiertas de la
biología moderna es cómo se ha originado,
cómo se mantiene y cómo se distribuye la diversidad de especies en el trópico. Colombia
se caracteriza por ser uno de los lugares más
ricos del mundo en diversidad biológica y esto
es particularmente evidente en insectos como
las mariposas, de las cuales se estima que
existen al menos unas 17.000 especies en el
planeta. Se han propuesto muchos modelos y
mecanismos para explicar por qué hay tantas
especies animales; uno que ha tomado especial interés en los últimos diez años, gracias
al uso de técnicas moleculares, es el de la
especiación por hibridación.
Normalmente se piensa que una nueva especie aparece por lo que se llama un proceso
de bifurcación, por el cual un solo linaje da
origen a dos. Una alternativa es la especiación
híbrida, considerada extremadamente rara en
animales, en la cual dos linajes contribuyen
con sus genes para formar una especie hija. El
grupo de investigación del Instituto de Genética de Universidad de los Andes ha mostrado
cómo un carácter híbrido en una especie animal puede directamente causar aislamiento
reproductivo.
A
B
C
D
Figura 1. En esta figura se muestra el aspecto ventral de la mariposa en el ala derecha y su aspecto dorsal en el ala
izquierda: (a) H. cydno, (b) H. heurippa y (c) H. melpomene. La filogenia –líneas sólidas– muestra las relaciones de parentesco propuestas con base en nuestros estudios. En particular, H. heurippa está más relacionada con H. cydno puesto
que el híbrido (d) Heurippa experimental, obtenido después de dos retrocruces (de un macho de primera generación
cydno-melpomene con hembras de H. cydno), tiene un patrón de color muy parecido a H. heurippa. Las líneas punteadas
muestran la filogenia que se esperaría encontrar dado que H. heurippa comparte al menos cinco elementos genéticos del
patrón de coloración con H. melpomene, mientras que con H. cydno solo comparte uno.
H. heurippa
H. melpomene
H. cydno
Figura 2. Distribución geográfica de tres especies
La especie de mariposa Heliconius heurippa
tiene un patrón de coloración de las alas intermedio y un genoma híbrido, y hemos podido recrear ambas características a partir de cruces
de laboratorio entre H. melpomene y H. cydno
en tan solo dos generaciones. También se ha
mostrado cómo la especie híbrida H. heurippa
está aislada reproductivamente de sus dos especies parentales. Los elementos del patrón y
color de las alas, derivados de H. melpomene y
H. cydno, son críticos para el reconocimiento de
apareamiento por parte de los machos. Hasta
donde llega nuestro conocimiento, actualmente
este es uno de los ejemplos mejor documentados en el mundo científico, ya que muestra la
importancia de la hibridación como un mecanismo importante para explicar el origen de la
biodiversidad de insectos tropicales. •
Ecología molecular
como herramienta en procesos
de conservación de vertebrados
acuáticos de Colombia
Susana Caballero / Laboratorio de Ecología Molecular de Vertebrados Acuáticos
El uso de herramientas de la biología molecular ha permitido obtener información clave
para diversos programas de manejo y conservación de vertebrados acuáticos en el ámbito
mundial. Esta información comprende procesos de clarificación taxonómica en grupos de
difícil seguimiento e identificación en campo,
identificación de especies expuestas a tráfico
ilegal en mercados y definición de unidades
de manejo, así como definición de grupos que
requieren prioridades particulares en cuanto
a su conservación debido a su vulnerabilidad
desde el punto de vista genético.
El Laboratorio de Ecología Molecular de Vertebrados Acuáticos (LEMVA), desarrolla proyectos en este campo, que buscan proveer
herramientas novedosas para obtener datos
importantes para tener en cuenta cuando se
plantean planes de conservación y manejo
para diversas especies en nuestro país.
pecies dentro de la especie Lontra longicaudis
en Suramérica, dos de las cuales están presentes en el territorio colombiano.
Actualmente estamos desarrollando proyectos
como la definición de Unidades Evolutivas Significativas (ESU, ‘Evolutionary Significant Units’)
para especies de manatíes de Colombia (Trichechus manatus, manatí antillano y Trichechus inunguis, manatí amazónico), en colaboración con la
Fundación Omacha, por medio de la combinación de técnicas moleculares y datos acústicos.
También estamos desarrollando un proyecto
de identificación de especies de tiburón desembarcadas en el puerto de Buenaventura o
decomisadas por pesca ilegal en el Santuario
de Fauna y Flora de Malpelo, en colaboración
con la Fundación Malpelo.
Recientemente concluimos una investigación
para lograr la definición taxonómica de la nutria neotropical en Colombia. Este proyecto,
realizado en colaboración con la Fundación
Omacha, sugirió la existencia de tres subes-
Estos proyectos son un ejemplo de la variedad
de preguntas y organismos con los que estamos desarrollando proyectos en la actualidad.
Estamos trabajando también en genética de
peces ornamentales, bagres, ballenas piloto,
delfines marinos y de río, atunes y rayas de
agua dulce. •
¿Por qué es tan alta la
diversidad de aves en Colombia?
Los factores que han contribuido al origen y mantenimiento
de la alta diversidad de aves en Colombia
Carlos Daniel Cadena / Profesor asociado / Laboratorio de Biología Evolutiva de Vertebrados
Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de los Andes
Marta han actuado como un gran centro de
producción de especies, donde los linajes se
han diversificado extensamente, en buena parte como resultado del aislamiento físico de las
poblaciones, causado por barreras geográficas
o ecológicas que impiden la dispersión (tales
como valles secos o de elevaciones bajas) y
por la historia climática dinámica del último
millón de años, lapso en el que diferentes zonas de vegetación se contrajeron y expandieron periódicamente a lo largo de las faldas de
las montañas siguiendo los cambios en la temperatura y la humedad. El paisaje andino probablemente también ha promovido el origen
de especies de zonas de montaña como resultado de adaptación por selección natural a lo
largo de gradientes ambientales pronunciados.
Igualmente las montañas desempeñaron un
papel crucial en la diversificación de las faunas
de tierras bajas, al separar grandes bloques de
bosques tropicales como el Chocó y la Amazonía, donde muchas especies han evolucionado
en aislamiento debido en parte al efecto de los
Andes como una barrera infranqueable para la
dispersión de muchos linajes. Por todas estas
razones, nuestro país es un lugar ideal para
abordar preguntas sobre los procesos ecológicos y evolutivos que explican la distribución de
la diversidad biológica, usando las aves como
modelo de estudio.
Los miembros del Laboratorio de Biología
Evolutiva de Vertebrados del Departamento de
Ciencias Biológicas de la Universidad de los
Murray Cooper
Muchos colombianos saben que Colombia es
el país con más especies de aves del mundo,
pero la mayoría de las personas solo conocen
una fracción mínima de las más de 1800 especies que se encuentran en este. Colombia
es, además, un “punto caliente” de diversidad
filogenética, genética y fenotípica de aves. Se
quiere abordar la pregunta de cuáles son los
factores que han promovido el origen y mantenimiento de esa alta diversidad. En Colombia
se concentran tres componentes distintos de
la diversidad de aves en el ámbito mundial: el
total de especies de aves, las especies de aves
endémicas (aquellas con distribuciones restringidas) y las especies de aves amenazadas
de extinción. Existen muchas explicaciones
para los niveles excepcionalmente altos de diversidad de aves en el país, pero la cordillera
de los Andes, el sistema montañoso tropical
más grande y complejo del mundo, es protagonista de muchas de esas explicaciones.
La topografía quebrada y la heterogeneidad
ambiental de las montañas están asociadas
con una gran diversidad de ambientes que
pueden albergar una variedad de especies con
diferentes necesidades ecológicas. Históricamente, el levantamiento de los Andes colombianos (especialmente pronunciado entre 5 y
2 millones de años antes del presente en la
Cordillera oriental) creó nuevos ambientes a
los cuales se pudieron dispersar y adaptar especies de las tierras bajas y de las zonas templadas. Además, los Andes y otras montañas
colombianas como la Sierra Nevada de Santa
Murray Cooper
Andes, dirigido por el profesor Carlos Daniel
Cadena, hacen investigaciones tendientes a
comprender los factores que han promovido
el origen y mantenimiento de la alta diversidad
de las aves colombianas. El trabajo de investigación del laboratorio involucra actividades
realizadas en el campo (captura de aves para
toma de muestras, grabación de vocalizaciones), en el laboratorio (análisis de variabilidad
genética por medio de diferentes tipos de
aproximaciones), en el Museo de Historia Natural (cuantificación de patrones de variación
fenotípica en tamaños, formas y colores a
partir de especímenes de aves) y en sistemas
computarizados de información geográfica
(estudios de la distribución geográfica de las
aves y de la dispersión de sus genes en relación con factores climáticos y la vegetación).
Los trabajos realizados por este grupo de
investigación han revelado que muchas poblaciones de aves separadas por barreras
geográficas características de la compleja
geografía nacional no han intercambiado genes por periodos de hasta algunos millones
de años, por lo cual están en proceso de diferenciarse como unidades evolutivas distintas.
Sin embargo, las historias de diferenciación
evolutiva de distintos grupos de aves son disímiles y aún es difícil hacer generalizaciones
sobre cuáles habrían sido los eventos históricos de mayor importancia para promover
la diversificación de las aves. Además del
aislamiento geográfico, varios estudios terminados y en curso indican que la selección
natural a lo largo de gradientes ambientales
habría jugado un papel crucial moldeando varios rasgos fenotípicos de las aves (coloración,
dimensiones corporales, cantos, fisiología) y
sería un importante catalizador del origen de
nuevas especies. En la actualidad, varios de
los proyectos en curso intentan aproximarse a
comprender mejor el papel que desempeñan
las barreras geográficas y la selección natural
en la promoción del origen de nuevas especies empleando técnicas de frontera para el
análisis de datos genómicos y de variación
fenotípica en un contexto espacial. •
Origen de la diversidad
genética de la población
colombiana
Mónica Alexandra González
Gabriel Bedoya / Universidad de Antioquia
La historia de la mezcla genética que puede
encontrarse en el genoma del hombre moderno parece remontarse a la época en que este
convivió en Europa y el este de Asia con el
Homo neardenthalesis y el Homo heidelbergensis, a los cuales reemplazó durante su
dispersión fuera de África. Sin embargo, esta
diversidad que pudo haberse creado por tal
hibridación interespecífica se homogeneizó
en las poblaciones continentales debido al
aislamiento de mas de 40.000 años, creando
diferencias sustanciales entre ellas, tanto en
el fenotipo como en su genoma. Sin embargo,
recientemente (500 años) se formaron poblaciones como la colombiana y la gran mayoría
de las poblaciones latinoamericanas que son
el producto de una mezcla ancestral.
Estos tres componentes ancestrales, conformados por diferentes porcentajes de las tres
poblaciones continentales, europea, nativa
americana (amerindia por la familia lingüística de la población americana ancestral) y
africana se presentan en diferente proporción
(porcentaje) de acuerdo con la región o país
que las poblaciones habitan. En las poblaciones colombianas denominadas mestizas, por
ejemplo, predominan los componentes europeo y amerindio, mientras que el de menor
porcentaje es el africano, pues las poblaciones
donde este es mayor se conocen como afroamericanas. Los datos históricos narran que
el componente europeo proviene de los españoles durante la conquista (o de portugueses
como en Brasil), el amerindio de la población
nativa existente a la llegada de los conquistadores y el africano de los esclavos que fueron
traídos para trabajar las minas de oro en regiones inhóspitas.
Martín Iván Montero
Con el advenimiento de la genética molecular,
desde los años setenta, y el gran desarrollo en
la era posgenómica se han podido determinar
y cuantificar las variantes (mutaciones, polimorfismos, marcas genéticas) en el genoma
(ADN), las cuales algunas veces confieren la
diversidad en los rasgos físicos (fenotípicos),
tales como el color de ojos, piel y cabello, la
estatura, el peso, etc. Estos rasgos han servido para determinar a simple vista el origen
racial (continental) de una persona e incluso
predecir el grado de susceptibilidad de dicha persona para padecer una enfermedad
común o para ser infectada por un patógeno
específico. Igualmente, estos han sido utiliza-
dos para explicar el posible origen de rasgos
que diferencian las poblaciones continentales;
por ejemplo el más conspicuo, como lo es el
color de la piel, se explica por una adaptación
a la radiación ultravioleta que difiere del trópico a las otras zonas. Pero la gran mayoría
de las variantes en el ADN que conforma el
genoma del hombre moderno no han sido
asociadas con enfermedades, ni siquiera con
rasgos fenotípicos normales, por lo que se les
llama polimorfismos y muchos de ellos tienen
diferencias sustanciales. Con el desarrollo de
marcadores moleculares de una persona colombiana se puede inferir el origen ancestral
de su mitocondria (de herencia maternal), su
cromosoma Y (de herencia paternal), y además el porcentaje de cada uno de los tres
componentes ancestrales: amerindio, africano
y europeo, en sus otros cromosomas. Esto ha
permitido “escribir” la historia genética de la
fundación de algunas poblaciones colombianas incluyendo la paisa (Antioquia, Risaralda,
Quindío, Caldas, norte del Valle y norte del
Tolima) y otras de Latinoamérica. A pesar de
que hay grandes diferencias en cuanto al con-
tenido de los tres componentes ancestrales,
en todas existe un patrón común, a saber,
las mujeres fundadoras, quienes fueron en
su gran mayoría amerindias y los hombres,
europeos. Así por ejemplo, la población paisa
fue fundada en un 90 % por mujeres amerindias y más del 95 % de los cromosomas Y
son europeos.
La historia escrita de esta forma ha de cambiar la visión que se ha tenido con respecto a
la autoidentificación de nuestro origen ancestral, el cual se basa principalmente en el color
de la piel, cabello y ojos, que están dados por
el componente ancestral de mayor porcentaje,
pero no dice nada del origen de la mitocondria, del cromosoma Y de los porcentajes menores de los otros componentes. Es así como
una persona blanca, rubia, de ojos azules puede tener mitocondria amerindia y hasta 10%
de africano, es decir es un experimento de la
naturaleza, que podría deleitarse escuchando
de la llamada música “culta” o hervirle la sangre ante un ritmo de origen africano como la
salsa. •
Los neoecosistemas
¿Término de moda o realidad devastadora?
Gustavo Kattan / Departamento de Ciencias Naturales y Matemáticas / Universidad Javeriana Cali
La percepción de que los neoecosistemas son
parte inevitable de un nuevo orden mundial
que está rápidamente barriendo el planeta, ha
llevado a algunos investigadores a proponer
que se abandonen los marcos conceptuales y
las prácticas clásicas de la conservación y la
restauración, las cuales se enfocan en especies y sitios específicos, a favor de enfoques
más amplios y proactivos para la conservación y particularmente la restauración ecológica. Estas propuestas se basan en el hecho
de que el clima está cambiando, las especies
están migrando y las comunidades ecológicas se están desensamblando. Por lo tanto,
las referencias históricas supuestamente se
vuelven inútiles a medida que las comunidades se mueven hacia nuevos hiperespacios
ecológicos. Aunque los neoecosistemas son
una realidad que hay que afrontar, los análisis que se han presentado para justificar esta
nueva visión adolecen de errores e imprecisiones conceptuales. Entre estos se cuentan:
1) análisis a escalas espaciales y temporales
erradas, 2) confusión de causas y consecuencias de cambios ecosistémicos que requieren
acciones distintas, 3) incertidumbre en los
modelos de cambio climático, particularmente
a escalas locales, 4) incertidumbre en las respuestas de las especies a los cambios, particularmente climáticos, y 5) desconocimiento
de los niveles de “resiliencia” ecosistémica.
Por otro lado, para pasar a la práctica es necesario volver operativos los conceptos. Irónicamente, las pocas recomendaciones prácti-
cas que han emanado en el marco conceptual
de los neoecosistemas son las mismas que
los “conservacionistas clásicos” han aplicado
durante décadas. Finalmente, los ecosistemas
diseñados no son nada nuevo (piénsese en
los agroecosistemas) y sabemos que estos
ecosistemas requieren de enormes insumos
energéticos para mantenerlos en equilibrio y
libres de especies invasoras. Con respecto
a ecosistemas naturales tropicales, nuestro
conocimiento de las “reglas de ensamblaje”
es muy preliminar como para pensar que el
diseño de un ecosistema (al menos de manera responsable) es algo que puede aparecer
en el horizonte inmediato. Se busca dar una
visión realista pero equilibrada de los neoecosistemas y se propone que la forma más sensata de abordar el problema es por medio del
manejo adaptativo basado en monitoreo de
los ecosistemas actuales. Esto por supuesto
requiere mucha investigación básica y aplicada, pero las bases de conocimiento para hacer un manejo adecuado ya existen. •
Gustavo Kattan
En los últimos años se ha venido desarrollando en la literatura científica relacionada con
la conservación y la restauración ecológica el
concepto de neoecosistemas (‘novel ecosystems’ en inglés). Este término describe los
ecosistemas que han cambiado tanto en sus
condiciones bióticas y abióticas, que ya no se
parecen a ningún ecosistema natural. Estos
cambios son consecuencia de las acciones
humanas directas de transformación de los
paisajes y del cambio climático. Igualmente
se han usado las expresiones ecosistemas
emergentes y ecosistemas no análogos para
describir estas nuevas combinaciones de especies y condiciones abióticas. El concepto de
neoecosistema también puede usarse para
describir algunos ecosistemas restaurados,
pues aun con las mejores intenciones por
parte del restaurador, es difícil predecir el
resultado de una restauración a largo plazo.
Más recientemente el término neoecosistema se ha usado para referirse a ecosistemas
diseñados para cumplir alguna función que
tiene valor social. Este diseño puede incluir
el uso de nuevas combinaciones de especies
(incluyendo especies exóticas) y técnicas de
ingeniería (en este caso también se ha usado
el término designer ecosystem, ‘ecosistema
diseñado’).
UNA MUESTRA DE LA
BIODIVERSIDAD
COLOMBIANA
a través de la investigación
Mauricio Bernal
El Museo de Historia Natural
de la Universidad de los Andes,
ANDES
Santiago Madriñán, director
Mauricio Bernal, asistente de dirección
Museo de Historia Natural de la Universidad de los Andes, ANDES
El Museo de Historia Natural ANDES,
fundado en el 2006, nace de la necesidad de los profesores del Departamento de Ciencias Biológicas
de tener un espacio dedicado a la
preservación de material biológico
producto de investigaciones.
Los museos con el tiempo pasan de
ser reservorios de material producto de investigaciones a ser fuente
directa de investigaciones. Las colecciones biológicas permiten tener
una aproximación unificadora en la
descripción y sistematización de la
biodiversidad mediante el estudio
comparativo de los organismos. Es
así como no podemos hablar de biodiversidad sin los museos de historia
natural.
El trabajo de curaduría del museo ha
sido realizado por estudiantes de pregrado y posgrado de la Universidad
de los Andes, coordinados por profesores investigadores especializados
en diversos grupos de organismos.
La pasión por la naturaleza de todas las personas que han trabajado en el museo es el motivo por el cual la universidad cuenta
hoy en día con este espacio público abierto a todos aquellos que
quieran estudiar la biodiversidad de nuestro país. El Museo de
Historia Natural ANDES cuenta con los más altos estándares de
preservación de especímenes de todo tipo de organismos, sus
tejidos y ADN para garantizar su estudio a largo plazo.
En la exposición se encuentra una selección de la biodiversidad
colombiana y una muestra de investigaciones ligadas a los especímenes depositados en el Museo.
Colaboraron en esta exposición
Santiago Madriñán, coordinador, Museo de Historia Natural ANDES; Andrew Crawford, curador, colección de anfibios y reptiles;
Jenny Dussán, curadora, colección de bacterias; Adriana Bernal, curadora, colección de bacterias; Emilio Realpe, curador,
colección de insectos; Mauricio Linares, curador, colección de
insectos; Silvia Restrepo, curadora, colección de hongos microscópicos; Juan Armando Sánchez, curador, colección de invertebrados marinos; Daniel Cadena, curador, colección de aves;
Catalina González, curadora, colección de polen; Susana Caballero, curadora, colección de peces; y Pablo Stevenson, curador,
colección de plantas.
Voluntarios del Museo
Estudiantes de pregrado
Mauricio Bernal, asistente de coordinación; Álvaro Velásquez,
asistente, colección de anfibios y reptiles; Mario Arrieta, asistente, colección de bacterias; Camila Clivio, asistente, colección
de bacterias; Óscar Mahecha, asistente, colección de insectos;
Ángela Sánchez, asistente, colección de insectos; Luisa Cabezas, asistente, colección de hongos microscópicos; Johanna
Velásquez, asistente, colección de invertebrados marinos; Angélica Díaz, asistente, colección de mamíferos; Natalia Gutiérrez,
asistente, colección de aves; Carolina Bonilla, asistente, colección de polen; David García, asistente, colección de peces; Juan
David Beltrán, asistente, colección de plantas; María Natalia
Umaña, asistente, colección de plantas; Andrés del Risco, asistente, sistemas de información; María Olivares, asistente, banco
de ADN y tejidos; y María Fernanda Torres, asistente, banco de
ADN y tejidos. •
Sistemas de Información
para la Biodiversidad
Andrés del Risco
El Museo de Historia Natural ANDES cuenta actualmente con
más de 25.000 especímenes distribuidos a lo largo de los distintos grupos del árbol de la vida, disponibles principalmente para
fines didácticos e investigativos. Sin embargo, únicamente el
espécimen como tal no es muy útil, en el sentido en que no proporciona información completa sobre varios aspectos relevantes
para la investigación biológica. El hecho de tener información
adicional como la localidad geográfica y la fecha de colecta son
de gran importancia en el contexto espacial y temporal para los
organismos de museo. Por lo tanto, la utilización de bases de
datos es necesaria para almacenar la mayor cantidad de información posible acerca de los especímenes de una manera sistemática y organizada.
Para dicho fin, el Museo de Historia Natural ANDES cuenta con el
software Specify en cada uno de sus equipos. Specify es un programa elaborado especialmente para las colecciones biológicas,
el cual maneja varios campos de información específica para
los especímenes, incluyendo los ya mencionados anteriormente
(localidad geográfica, fecha de colecta) y muchos más, como
descripción del espécimen, clasificación taxonómica, nombre
del colector, etc. De este modo, una vez la información está almacenada en la base de datos que puede ser visualizada por
Specify, el programa puede ser usado para realizar consultas
sobre las colecciones. Las consultas pueden ser desde generales hasta específicas y de carácter selectivo, de tal manera que
se pueda consultar cualquier campo de información.
Hasta la fecha, el Museo de Historia Natural ANDES cuenta con
11 bases de datos distintas correspondientes a las colecciones
de distintos grupos de organismos, estas representan los distintos grupos de organismos del árbol de la vida, y una adicional que
consiste en la base de datos de tejidos y ADN, que incluye a todos
los organismos sin importar el grupo taxonómico. Las 11 bases
de datos, que representan el árbol de la vida, consisten en bacterias, hongos, plantas, invertebrados marinos, insectos, peces,
anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Gracias al software Specify,
la información de la biodiversidad es fácilmente almacenable y
accesible, facilitando el manejo de los especímenes de colección
y el funcionamiento general del Museo de Historia Natural. •
Banco de ADN y tejidos
María Olivares y María Fernanda Torres
El Banco de ADN y Tejidos del Museo de Historia
Natural de la Universidad de los Andes (BAT) es la
segunda colección de tejidos más grande de Colombia. Su principal función es preservar la información
genética por medio del almacenamiento de tejidos
y alícuotas de ADN total, promoviendo su uso en
la investigación científica en campos como la conservación, la sistemática, la genética y la evolución.
Orientado hacia el desarrollo de proyectos del Departamento de Ciencias Biológicas, cuenta con una
colección de muestras de tejidos y alícuotas de ADN
provenientes de diversos organismos, en su mayoría aves. Adicionalmente, el material del BAT está
disponible para cualquier investigador interesado,
bien sea interno o externo a la universidad, siempre
y cuando su uso esté encaminado únicamente hacia estudios moleculares sin intereses económicos.
Hasta el momento el BAT cuenta con 2200 tejidos y
alícuotas de ADN catalogados y asociados con información de interés para los investigadores, y espera
expandirse recibiendo muestras de microorganismos, plantas, artrópodos y otros animales.
Todas las muestras de tejidos y ADN que ingresan al
BAT recorren una serie de procesos que aseguran la
calidad del almacenamiento. Cada colector entrega
el tejido o ADN asociado a los datos del sitio y tipo
de colecta, el tipo de tejido, el método de extracción, referencias geográficas, la ubicación del espécimen voucher (de referencia) y otra información
relevante. Adicionalmente, el colector debe entregar
los contratos con el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial que le permiten llevar a
cabo diversas investigaciones científicas. Una vez la
muestra cumple con todos los requisitos, se ingresa la información asociada al Specify, donde se le
asigna un número único que facilitará su búsqueda
en un futuro. Luego, la muestra se introduce dentro
de un tubo llamado criovial, que será marcado con
su número y será depositado dentro del Revco, que
mantiene las muestras a -80°C (criogenización)
y las mantiene ordenadas por niveles (racks), cada
uno con capacidad para 16 cajas. Este gran congelador está ubicado en las instalaciones de la Universidad de los Andes, en el primer piso del edificio de
Ciencias Biológicas (Edificio J).
Bacterias
Biorremediación y control biológico
Biotecnología de impacto con microorganismos
nativos de Colombia
En el 2003, Paul Hebert, propuso la idea del código
de barras genético para identificar especies. Este
proceso, también conocido como barcoding, usa
pedazos pequeños de secuencias determinadas
que difieren entre especies. En comparación con la
identificación morfológica de especies, el barcoding
permite identificar especímenes deteriorados o en
estados inmaduros del desarrollo e incluso la identificación a partir de pequeños pedazos de tejido. Los
pasos para generar un código de barras son simples:
El Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC) del Departamento de
Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes hizo el primer registro en
Colombia de colecciones de microorganismos (bacterias y hongos) ante el
Instituto Alexander Von Humboldt en el 2002.
•
•
•
•
Tener acceso a los especímenes, por medio
de zoológicos, colecciones, museos, herbarios, cultivos e incluso tejidos congelados.
Obtener las secuencias cortas de ADN que
permitirán la comparación con otras ya obtenidas y su subsecuente identificación.
Ingresar el código de barras a bases de datos especializadas que permitirán asociar el
espécimen desconocido con una especie
cuya secuencia se conoce con certeza. Dos
de las principales bases de datos para este
fin son International Nucleotide Sequence
Database Collaboration (INSDC) [www.insdc.
org] y Barcode of Life Data Systems (www.
boldsystems.org).
Identificar la especie del espécimen comparando su secuencia con todas las secuencias
en la base de datos, hasta encontrar la secuencia más parecida.
El código de barras es uno de los proyectos más
grandes que se están llevando a cabo en el ámbito
mundial y para su realización es necesaria la colaboración de todos los bancos de ADN y tejidos.
La contribución de estas colecciones es esencial
para continuar con el estudio de la biodiversidad,
su origen, conservación y manejo. •
Mario Arrieta y Camila Clivio
Bacterias pertenecientes a la especie Bacillus sphaericus han sido uno de los
microorganismos más estudiados dados su gran diversidad y potencial metabólico, por lo cual se usan como control biológico contra larvas de mosquitos
del género Culex y Aedes.
A partir de gran parte de la región de la Orinoquía se ha conformado la colección
de bacterias y hongos potenciales degradadores de compuestos aromáticos,
alifáticos, así como acumuladores o reductores de metales pesados. Alguno
de estos microorganismos pertenecen a los géneros Acinetobacter, Pseudomonas, Acromobacter, Cryseobacterium, Bacillus, Aspergillus y Penicillium. •
Adulto y larva de mosquitos. Culex quiquefasciatus, blanco para control biológico con Bacillus sphaericus.
Tesis de Maestría, Andrade, 2005.
Preselección de microorganismos degradadores de hidrocarburos del petróleo y reductores de metales pesados. Línea de investigación Biorremediación, Dussán.
Lysinobacillus sphaericus, bacteria acumuladora de cromo. Tesis Doctorado, Lucía Lozano.
Hongos
A. Hongos microscópicos
Luisa Cabezas
Los hongos microscópicos son organismos eucariotas (unicelulares y pluricelulares), heterótrofos y
la mayoría obtiene su energía del alimento orgánico muerto, lo que es de gran importancia dentro
del ciclo de descomposición de la materia. También se encuentran como patógenos de plantas,
animales, humanos y como simbiontes.
Su papel en la naturaleza es fundamental en diversas áreas de la actividad humana, alimentación,
industria química, enfermedades, agricultura y un
sinfín de aplicaciones.
La colección de microhongos del Museo de Historia Natural de la Universidad de los Andes está
dirigida a la conservación y preservación de aislamientos de importancia médica y agrícola. Allí
se encuentran tanto microorganismos patógenos
como benéficos, especialmente aquellos descritos
en publicaciones científicas indexadas. Esta colección constituye el material de referencia para la
ejecución de nuevos estudios que promuevan el
intercambio científico entre instituciones y centros
de investigación orientados al conocimiento y desarrollo de la fitopatología y micología médica. •
A. Pruebas de antagónimos in
vitro de hongos endófitos contra
Phytophthora infestans.
B. Microscopia de Botrytis sp.
C. Microscopia de Chaetomium
sp.
B. Hongos macroscópicos
Rami Jada
Los hongos macroscópicos o Macromycetes, ocupan hábitats
muy diversos, suelen vivir generalmente asociados como simbiontes de plantas, suelos y material en descomposición de
plantas y animales. Este tipo de asociaciones los convierte en
protagonistas de muchos ecosistemas, haciendo parte de diferentes ciclos biogeoquímicos propios de la vida.
La colección de hongos macroscópicos del Museo de Historia
Natural de la Universidad de los Andes contiene los principales
géneros de hongos presentes en diferentes ecosistemas colombianos, la mayoría de la colección se ha centrado en amanitas,
considerando su importancia ecológica y económica, pasando
por las especies más apreciadas gastronómicamente, así como
las más tóxicas del mundo. Estas especies han sido recolectadas a lo largo de los años mediante diferentes proyectos investigativos y prácticas docentes. •
B
C
A
Especies de Amanitas reportadas para Colombia
(Tulloss, Ovrebo & Halling (1992).
A y B. Amanita colombiana
C. Amanita brunneolocularis
D. Amanita fuligineodisca
D
Mauricio Bernal
Páramo de Chingaza
Plantas
Juan David Beltrán y María Natalia Umaña
La colección de plantas del Museo de Historia Natural de la Universidad de los Andes fue creada pensando en un espacio en
el que los investigadores interesados en estudios botánicos y
ecológicos tuvieran la oportunidad de compartir y dejar una evidencia útil de sus investigaciones. Las colecciones aquí preservadas son un registro importante de la biodiversidad proveniente
de diferentes ecosistemas, no solo de Colombia, sino del mundo
entero. Un ejemplo del proceso académico que está ligado con
la creación de esta colección es el trabajo desarrollado por los
laboratorios de Botánica y Sistemática y de Ecología de Bosques
Tropicales y Primatología, que han tenido sus principales cedes
de investigación en el Parque Nacional Natural Chingaza y el
Parque Nacional Natural Tinigua y la Macarena, respectivamente. Actualmente el herbario cuenta con numerosos voluntarios
de distintas carreras de la universidad que se interesan por saber algo más de las plantas. Así como el herbario les ofrece un
espacio de aprendizaje, ellos aportan con su trabajo al mantenimiento de la colección, no solo de plantas secas, sino también
de frutos y flores. A continuación se describirán brevemente los
dos grandes proyectos que contribuyeron en sus inicios al herbario, Guía de frutos de la Macarena y Flora ilustrada del Páramo
de Chingaza, Colombia.
El Parque Nacional Natural Tinigua, ubicado en el departamento
del Meta en los llanos orientales colombianos, es considerado
uno de los lugares más biodiversos del planeta. Esto se debe
en parte a su posición geográfica y a su historia climática, pues
por su cercanía a la cordillera de los Andes, la Orinoquía y la
Amazonía alberga organismos típicos de todas estas regiones.
Dada la importancia ecológica de la región, el Gobierno creó dos
parques naturales: Tinigua y La Macarena, que posteriormente
fueron cede de una estación de campo de la Universidad de los
Andes, en la que desde 1988 se comenzaron a gestar importantes proyectos en los que estaban involucrados tanto profesores
como estudiantes. A pesar de que las actividades científicas en
esta estación fueron suspendidas en el 2002, se logró hacer un
estudio bastante completo de la flora de la región que finalmente
está depositado en la colección, todo este trabajo fue publicado
en el libro Guía de frutos de la Macarena en el año 2000. La
caracterización florística de la estación permitió el desarrollo de
proyectos paralelos como estudios de regeneración, evaluación
de dieta en paujiles, dispersión de semillas por micos churucos,
entre otros. Con los años el número de publicaciones científicas
que involucraban estudios en la región fue aumentando, tanto
así que hoy contamos con un total de 31 artículos publicados y
se espera que este número siga en aumento.
El páramo es un ecosistema neotropical de alta montaña, se
encuentra desde Costa Rica hasta el norte de Perú. Los páramos
generalmente son fríos y húmedos, presentan además cambios
climáticos fuertes en el día, gracias a esto se ha ganado el nombre de verano de día e invierno de noche. El PNN Chingaza está
formado por páramos y bosques de alta montaña de la Cordillera
oriental, muy cerca de Bogotá. Los
servicios ecosistémicos que presta
lo convierten en un lugar importante
que debe ser conservado, ya que suministra agua a Bogotá (aproximadamente el 80%), entre otros servicios.
Santiago Madriñán, en compañía de
estudiantes de la Universidad de los
Andes y de la Universidad Nacional,
realizó un proyecto en el PNN Chingaza titulado Flora ilustrada del Páramo de Chingaza, Colombia” con el
fin de conocer la flora de los páramos
en general y del PNN Chingaza en
particular. Este proyecto está ligado
a la conservación del páramo, ya que
es imposible conservar si no se conoce qué existe en el lugar. Se hizo
un registro fotográfico disponible en
Internet en la página http://chingaza.
uniandes.edu.co. A este gran proyecto están ligados otros sobre la evolución de linajes de plantas utilizando
herramientas moleculares y proyectos ecológicos. Se publicó una guía
de campo donde se pueden encontrar las plantas con su respectiva fotografía, es para el público en general
y de fácil comprensión. •
Polen
Carolina Bonilla
A. La palinología
1. Es la ciencia que estudia los palinomorfos actuales y fósiles, es decir los granos de
polen, esporas, acritarcos, escolecodontes y quistes de dinoflagelados. Sin embargo,
los componentes más frecuentes son, sin duda, los granos de polen. La palinología
es una ciencia interdisciplinaria que abarca conocimientos tanto de las ciencias de la
tierra como de la biología, particularmente de la botánica.
2. Los granos de polen son los responsables de transportar las células sexuales masculinas desde los estambres hacia las partes femeninas de las flores. En su trayecto son
transportados por diversos medios (viento, agua, insectos, aves, etc.) y pueden soportar condiciones ambientales muy adversas. Usualmente los granos de polen presentan
características particulares en cuanto a su forma, tamaño, tipo y número de aperturas,
y escultura de la pared. Estas diferencias son caracteres diagnósticos que se utilizan
en la identificación y clasificación de las plantas.
B. ¿Por qué estudiar el polen?
Cada planta, en teoría, produce un tipo de polen diferente y por lo tanto la cantidad de
granos de polen, los diferentes tipos y sus abundancias, pueden darnos claves útiles para
C. La colección de polen del Museo de Historia Natural
ANDES
La colección de palinología del Museo de Historia Natural ANDES
está en proceso de creación para que sea aprovechada por los
docentes e investigadores de la Universidad de los Andes y otras
instituciones en los ámbitos local y regional. Nuestra colección
albergará principalmente palinomorfos de ecosistemas costeros
y sedimentos marinos del Caribe y será complementada por una
colección especial de fotografías. Será una colección de referencia que se constituirá como un apoyo a las otras colecciones del
museo, en especial la colección botánica y entomológica. Dada
su naturaleza universitaria, nuestra colección busca ser el fundamento de estudios de botánica, paleoecología, antropología,
ciencias de la tierra y otras áreas relacionadas. •
Mauricio Bernal
reconstruir los cambios de la vegetación y del clima en los ambientes del pasado, ya que son buenos indicadores de cómo las
plantas han respondido a cambios de precipitación, temperatura, altura sobre el nivel del mar, etc. También nos ayudan al establecimiento de estratigrafías y cronologías en tiempo geológico,
información aplicable a estudios de fósiles, de extracción de
petróleo y predicción de condiciones geológicas y ambientales
futuras. En estudios arqueológicos nos pueden dar información
acerca de la salud y de culturas ancestrales. Además, el estudio
del polen también nos puede proveer de información útil en la
apicultura (análisis de proveniencia de mieles), en la medicina
(alergias) y en las ciencias forenses (rastros en la escena del
crimen).
Fotografías: José Armando Sánchez
Invertebrados Marinos
Johanna Velásquez
La colección de invertebrados marinos de la Universidad de los Andes consta de aproximadamente
2000 especímenes que abarcan diferentes filos.
Dentro de su misión, esta colección busca convertirse en un repositorio que contribuya al desarrollo
de proyectos de investigación que necesiten de
información descriptiva o muestras de tejido de los
ejemplares presentes. Las investigaciones que se
desarrollan en el Laboratorio de Biología Molecular Marina (BIOMMAR) son la fuente principal de
ingresos de nuevos especímenes y, debido a su
especialización en estudios evolutivos y ecológicos
en octocorales y sus simbiontes, el filo Cnidaria
representa el mayor porcentaje de organismos
dentro de la colección. Los octocorales en esta
colección representan en su mayoría material en
seco acompañado de una muestra de escleritos
(estructuras que conforman el esqueleto de estos
organismos) y en algunas ocasiones con tejido
fijado en alcohol.
A
Esta colección es útil como recurso para realizar
investigaciones en biodiversidad y estructura filogenética de comunidades de octocorales en el mar
Caribe, pues busca entender cuáles han sido los
factores que determinan la biodiversidad de un
grupo de octocorales en un determinado lugar. Los
gorgonaceos (Cnidaria: Octocorallia), son octocorales muy conspicuos que presentan colonias de
forma generalmente erecta, ramificada y con un
eje definido o zona medular, lo cual, junto con otros
rasgos morfológicos como los escleritos, ha resultado como fundamento para identificar especies. •
B
C
D
Gorgonaceos del Caribe colombiano
A. Iciligorgia sp
B. Pseudoplexaura sp
C. Pseudoplexaura porosa
D. Muricea muricata
Fotografías: Pérez & Realpe
Insectos
1. Libélulas
Óscar Mahecha
La colección de insectos del Museo de Historia Natural de la Universidad de los Andes tiene como objetivo primordial servir como
referencia de la diversidad de insectos y demás artrópodos presentes en los diversos ecosistemas de nuestro país. Además, la
colección representa un apoyo didáctico e investigativo para el
Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los
Andes y otras instituciones interesadas en los temas relacionados con el estudio de los insectos. Los grupos mejor representados en la colección son: Odonata (libélulas y caballitos del
diablo), Lepidoptera (mariposas y polillas), Hemyptera (chinches
y cigarras) e Hymenoptera (abejas, hormigas y avispas).
Tres grupos de investigación de la Universidad de los Andes
trabajan con la colección de insectos (Instituto de Genética de
Poblaciones y Filogeografia, el Centro de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Tropical [CIMPAT] y el Laboratorio de
Zoología y Ecología Acuática [LAZOEA]). El LAZOEA ha realizado
diversos estudios acerca de la biología y biogeografía de libélulas nacional e internacionalmente. Los odonatos se caracterizan
porque tanto a nivel de náyade (larva acuática) como de adulto
son depredadores. A su vez, el estado adulto presenta una potente mandíbula, un par de ojos compuestos desarrollados y un
potente vuelo, lo que les permite cazar a sus presas en el aire.
Entre las investigaciones en LAZOEA se destaca el estudio de los
patrones de diversidad, de distribución y las relaciones filogenéticas entre las especies de odonatos. Para tal fin, se han realizado varias colectas en diferentes localidades del territorio nacional durante varios años, donde se han reportado 15 familias
(subordenes: Zygoptera y Anisoptera) y un total de 91 géneros
distribuidos en 322 especies para Colombia. •
Polythoridae: Cora (Selys, 1853)
Calopterygidae: Hetaerina (Hagen in Selys, 1853)
Coenagrionidae: Ischnura (Charpentier, 1840)
2. Mariposas
Ángela Sánchez
Colombia cuenta con aproximadamente 3000 especies de mariposas. El Museo de Historia Natural ANDES, cuenta con una colección con más de 2700 ejemplares de varios grupos de Lepidóptera,
siendo esta una buena muestra de la gran diversidad de mariposas
diurnas de nuestro país. Conserva un amplio número de ejemplares
del género Heliconius, que han sido utilizados en investigaciones
llevadas a cabo en el Instituto de Genética de Poblaciones.
Esta colección aporta de manera significativa al conocimiento de
los lepidópteros y ha permitido conocer procesos de especiación
en estos organismos. Los especímenes también son utilizados
para la docencia. De esta manera, se han logrado documentar zonas de hibridación que se encuentren en la naturaleza,
tal como es el caso entre las especies Heliconius melpomene y
Heliconius cydno, quienes forman híbridos. •
Muestra de la diversidad de
lepidópteros de Colombia que
se encuentran en el Museo de
Historia Natural ANDES
Peces
David García
A. Proyecto 1: Las rayas de la familia Potamotrygonidae son una de las especies de
importancia en el comercio de peces ornamentales. Son especies de agua dulce que
se encuentran distribuidas en América del sur. En Colombia una de las principales
áreas donde se extraen estas especies es en la Orinoquía, destacándose el municipio
de Puerto Carreño. Se está desarrollando un análisis de identificación y de poblaciones para estas rayas, que le permita al Ministerio de Ambiente generar medidas para
controlar el comercio desmedido de estas especies y saber realmente cuáles son las
que se están comercializando.
B. Proyecto 2: El arawana azul pez tiene una distribución restringida a los ríos Tomo y Bita
del departamento del Vichada, es de gran importancia económica para la región ya
que es muy solicitado como pez ornamental. Actualmente su población está disminuida, el estudio realizado con estos especímenes probó que debe haber un período de
restricción en su pesca para que la población se recupere, el Ministerio de Ambiente
cita este trabajo en el nuevo plan de manejo de peces, de forma que se puedan establecer medidas para conservar esta especie y por ende la biodiversidad colombiana. •
Cristian Salinas
El museo fomenta el desarrollo de
proyectos de investigación que involucren a la comunidad científica y
al público en general, buscando sensibilizar y desarrollar una conciencia
ambiental. Así surge la colección ictiológica de la Universidad de los Andes. Los peces son uno de los principales recursos ecosistémicos de
muchas regiones del país y su manejo y el conocimiento de su diversidad
debe ser un tema fundamental sobre
el cual se desarrollen estudios.
Arawana
Anfibios y Reptiles
Álvaro Velásquez
¿Qué tienen que ver aquellos organismos que están guardados
en recintos de estudio con los que vemos afuera en la naturaleza?
La relación es directa, ya que en las colecciones de los museos
se encuentra depositada la biodiversidad global conocida en la
actualidad y la que aún no ha sido reportada por la ciencia pero
que está esperando a ser sacada a la luz. Si no existieran las
colecciones científicas, no sería posible hablar de biodiversidad.
Los museos de historia natural contienen la evidencia de lo que
existe, de lo que ha sido reportado y publicado. En ciencia, algo
que no está publicado es como si no existiera. Si está publicado pero no tiene el sustento o la prueba, pierde la validez. Por
lo tanto, las colecciones biológicas son pilares fundamentales
del saber básico de las ciencias naturales y reservorios de las
pruebas invaluables del conocimiento que ha sido generado
por la ciencia durante siglos. Ejemplo del valor del conocimiento guardado en especímenes es el que hoy se encuentra en la
colección de anfibios y reptiles. Allí hay especies que datan de
mediados del siglo pasado, así como las recolectadas en estudios recientes.
Como ejemplo de estos estudios está el realizado por la investigadora Nelsy Pinto quien, por medio de los anfibios, hizo un
acercamiento a la evolución de los grupos de ranas a nivel molecular y su injerencia para determinar eventos de la colonización
entre la región del istmo de Panamá y Suramérica. También se
encuentran los individuos que han servido como experimento
para evaluar patrones de comportamiento y la toxicidad de ranas
venenosas por parte del Laboratorio de Ecofisiología (GECOH).
Los reptiles suelen ser menos conspicuos en la naturaleza y por
lo tanto menos comunes en los museos. •
Asoma candela en ANDES
Aves
Natalia Gutiérrez
Las colecciones ornitológicas preservan pieles de aves colectadas por investigadores, quienes anotan valiosos datos de historia natural asociados a dichos especímenes en sus trabajos de
campo. Mantener en buen estado las colecciones permite que
quienes las consulten, puedan contestar preguntas relacionadas
con la biodiversidad (¿cuántas y cuáles especies de aves hay en
Colombia?), evolución (¿cómo surgen estas especies?), ecología
(¿cómo interactúan entre ellas y con su medio ambiente?), genética (conocer las bases de la variabilidad en las poblaciones) y
conservación (¿cómo proteger la biodiversidad?).
Colombia es el país con el mayor número de especies de aves,
ya que posee más de 1800 de las cerca de 10.000 especies
que se encuentran en el mundo. La diversidad y distribución de
estas especies varía en el tiempo y en el espacio, lo que hace
que las colecciones se conviertan en un recurso de gran importancia para el estudio de dichos factores.
La colección de aves del Museo de Historia Natural de la Universidad de los Andes cuenta con más de 650 ejemplares que solo
representan una fracción de la diversidad del país. Sin embargo,
gracias a los especímenes depositados en esta colección, se
han podido desarrollar valiosas investigaciones que ayudan a
describir los patrones evolutivos de algunas aves colombianas.
Una de las investigaciones más interesantes desarrolladas con
ejemplares depositados en este museo se hizo con el asoma
candela (Ramphocelus flammigerus). Los machos de esta especie son de color negro, pero su espalda es de un color brillante
que varía desde el amarillo hasta el rojo. Estas aves presentan
un patrón muy interesante en el Valle del Cauca: los machos de
espalda amarilla viven hacia Buenaventura y los de espalda roja
hacia Cali; en los puntos intermedios entre las dos ciudades se
encuentran animales de espalda naranja.
Esto ha despertado el interés de muchos investigadores desde
hace más de un siglo y se han propuesto diferentes mecanismos para explicar esta variación: algunos dicen que el rojo y el
amarillo lo tienen especies diferentes que se mezclan (hibridan)
en la parte media y forman el color naranja; otros piensan que
puede tratarse de variación relacionada con diferencias en la
dieta dentro de una misma especie. La investigación liderada
por Andrea Morales mezcló información genética, de coloración,
de tamaño y de hábitat del asoma candela; se concluyó que el
patrón concuerda más con el de dos
formas de una misma especie que se
mantuvieron aisladas durante mucho
tiempo, pero recientemente hibridan
en la zona en que se encuentran en
contacto. Además, al usar datos de
ejemplares coleccionados hace cincuenta y cien años, se puede saber
que el punto donde se forman las
aves de espalda naranja se ha corrido hacia el oriente a lo largo del tiempo, probablemente como resultado
de la destrucción del hábitat que los
separaba. •
Mamíferos
Angélica Díaz
La colección de mamíferos del Museo de Historia Natural de la
Universidad de los Andes es un testimonio físico de la biodiversidad del país. Permite la reconstrucción de la historia natural de
mamíferos para los cuales conseguir registros y especímenes es
muy difícil. Esta información está clasificada y organizada según
conceptos biológicos en un solo espacio físico, disponible para ser
consultada y analizada por investigadores, ser vinculada al área de
docencia y visitada por el público general interesado en el tema.
La información sobre la ubicación geográfica de los lugares de
colecta de los especímenes que integran la colección es un testimonio de la distribución espacial y temporal de las especies de
mamíferos. El ADN y los datos que acompañan a cada ejemplar
de la colección son un importante reservorio de información genética y biogeográfica, cuyo valor es invaluable.
La colección está compuesta por ejemplares de cuerpos en líquido, huesos, pieles rellenas y planas preservadas en seco, de
individuos de conejos, lémures voladores, manatíes, marsupiales, murciélagos, primates, roedores y ungulados.
Los murciélagos tienen el mayor número de ejemplares en la colección. Unos de los más importantes en la colección son el holotipo y paratipo del murciélago Vampyrops intermedius (Marinkelle,
1970). A pesar de que Gardner & Carter (1972) incluyeron esta
especie como sinonimia de Platyrrhinus infuscus (Peters, 1880).
La nueva colección de cráneos de mamíferos es una donación
del PhD. Esteban Payán, quien como investigador asociado del
Instituto Alexander von Humboldt, del University College London
y del Institute of Zoology, Zoological Society of London, desarrolló durante los años 2006 y 2007 el trabajo titulado “Hunting
sustainability, species richness and carnivore conservation in
Colombian Amazonia”.
Los cráneos colectados son un testimonio de la dieta de la comunidad Tikuna, el grupo indígena con mayor población en las
tierras bajas de Suramérica. Este material óseo al ser parte de la
colección de mastozoología deja de ser un residuo perecedero
para convertirse en un importante reservorio de información genética, craneométrica y biogeográfica para el país.
En la investigación se reportaron 35 especies de vertebrados
cazados por la comunidad local Tikuna. Los mamíferos son las
especies más cazadas en número y biomasa, con notable preferencia por los ungulados (pecarí, venados y dantas), grandes
roedores (ñeques y borugos), primates (churucos, monos capuchinos, entre otros) y armadillos.
La cacería es practicada por la comunidad local Tikuna de
forma sostenible, a excepción de la cacería de la danta (Tapirus terrestris) y el churuco (Lagothrix lagotricha) por su tamaño.
Esta información no es extrapolable a otros grupos indígenas.
Probablemente por su localización en el Amazonas, la dieta es
complementada con pescado y no existe una demanda ni la
infraestructura vial que fomente la cacería. •
Concurso de Fotografía 2010
Biodiversidad:
una reflexión visual sobre la coexistencia
Foto ganadora
Pocas aves son tan representativas de la Amazonía como el tente o trompetero (Psophia crepitans), protagonista de esta fotografía
tomada cerca de la comunidad de Centro Providencia, sobre el río Mirití, departamento de Amazonas, Colombia. Los tentes son aves
ruidosas que viven en grupos grandes en el piso de las selvas aledañas a los ríos amazónicos. La hermosa escena fotografiada por
Nicolás Vargas refleja una situación común en muchas comunidades amazónicas, donde los tentes son criados en cautiverio como
niñeros: dicen que los tentes cuidan a los niños pues los protegen del ataque de animales, especialmente de las serpientes, a las
cuales cazan y consumen con avidez.
Y el niño abrió los ojos y lo primero que vio fue el plumón azul
cobalto del pecho del pájaro tente. El ave, su fiel compañera, la
amiga incondicional de los niños de la selva estaba allí con él, a
bordo de su canoa, su endeble caballito de agua.
Fragmento de Zoro
Jairo Aníbal Niño
Afiche central
Esta foto fue tomada en una excursión en el 2010 a La Sierra de las Guacamayas en el estado de Chuihuahua, México. El motivo de la excursión era
fotografiar cotorras serranas (Rhynchopsitta pachyrhyncha) actualmente en
peligro de extinción. La foto de las mariquitas fue una importante lección
sobre la importancia de mirar más alla de lo que estamos enfocados. Si en
este viaje no hubiéramos pausado para mirar hacia abajo y ver la riqueza de
nuestros alrededores, jamás habríamos visto este espectáculo de las mariquitas. Después de verlas por primera vez, notamos que toda la vegetación
a nuestro alrededor, que parecía estar en plena florescencia, no estaba realmente floreciendo y el color rojo intenso que veíamos era una densa capa de
mariquitas cubriendo la vegetación. David Toledo,
Maestría en Ecología en Nuevo México,
Biólogo, Florida State University.

Heliconius - Revista Hipótesis

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