Asunto:    Re: Motores de lagartos y motores de ratas
Fecha:       5 de julio de 2005
Message-ID: 2hqlc159220flgubapj8n5mtor5kmrv5gm@4ax.com

El mié, 05 jul 2005 12:22:50 -0600, dkomo escribió:

>Todos sabemos que los reptiles son de sangre fría y los mamíferos de sangre caliente,
>pero no demasiada gente es consciente de lo exorbitantes que son las demandas energéticas
>de los motores de calor que son los cuerpos de los mamíferos.
>
>Típicamente, los mamíferos requieren diez veces la energía para hacer funcionar sus cuerpos a
>su temperatura nominal de 37 grados C (98.6 grados F) que los reptiles, utilizando la tasa metabólica basal
>como comparación.
>
>Chris Lavers en su Por qué los elefantes tienen orejas grandes proporciona una
>ilustración interesante de esta diferencia. Imagina un lagarto y una rata del mismo tamaño
>sentados bajo un árbol. Si el motor del cuerpo del lagarto está en ralentí, digamos, a 100 RPM,
>el de la rata estará funcionando a 1000 RPM. La velocidad del motor equivale a la tasa de reacciones
>metabólicas productoras de calor dentro de las células.
>
>Pero cuando se empujan los motores, la rata obtiene un rendimiento mucho mejor. Si ambos deciden
>correr hacia otro árbol a un kilómetro de distancia, el lagarto subirá las revoluciones de su motor
>a 1000 RPM, pero la rata las subirá a 10,000 RPM. Si la temperatura exterior es de 38 grados C
>para dar al lagarto una oportunidad justa (el cuerpo del lagarto estará a la misma temperatura que
>el entorno, y su eficiencia muscular mejora a medida que aumenta la temperatura),
>la rata cubrirá la distancia a unos 88 metros por minuto, mientras que el lagarto solo logrará
>13 metros por minuto.
>
>Sin embargo, si los dos animales fueran coches y el lagarto obtuviera, digamos, 30 millas por galón,
>la rata solo obtendría 3 millas por galón.
>
>Dadas las severas demandas energéticas de los animales de sangre caliente, es un milagro
>que los mamíferos y las aves (que también son de sangre caliente) hayan evolucionado de
>su último ancestro común, que era un reptil de sangre fría de algún tipo. Y esta calidez
>completa de sangre debe haberse desarrollado independientemente en las líneas evolutivas que llevan a cada uno.

Sí, es cierto que los poiquilotermos (el término "correcto" para los animales comúnmente llamados "de sangre fría") tienen una tasa metabólica un orden de magnitud menor que la de los homeotermos ("de sangre caliente"). Nota: una de las razones para abandonar los nombres de caliente vs frío es que a 38 °C, en el ejemplo dado, el lagarto es tan de sangre caliente como el mamífero; cuando la temperatura sube aún más, el lagarto será más caliente. ¡Y un mamífero hibernante puede tener sangre muy fría, de hecho. Por lo tanto, de sangre fría y de sangre caliente no se utilizan en discusiones técnicas. Un poiquilotermo tiene una temperatura corporal que varía; un homeotermo regula su temperatura de manera relativamente constante. Otras palabras que verá son endotermo, un animal cuya temperatura corporal está determinada en gran medida por fuentes de calor internas, y ectotermo, un animal cuya temperatura corporal está determinada principalmente por factores externos.

La ventaja más importante de la homeotermia, que bien vale el enorme coste, no se encuentra en las condiciones cálidas sino en las frías. En el frío, el poiquilotermo se enfría y su tasa metabólica disminuye drásticamente hasta el punto de que puede quedar virtualmente inerte. Muchos insectos grandes no pueden volar si hace demasiado frío; los reptiles (y los insectos, gusanos y similares) se vuelven muy lentos. Mientras todos sean poiquilotermos, tanto depredadores como presas, no es demasiado grave. La presa no puede esquivarse muy rápido, pero luego el depredador no puede correr muy rápido para atraparla. Sin embargo, un ave o mamífero que mantiene su cuerpo caliente y puede mantener una metabolismo alto y activo incluso cuando hace frío tendrá una ventaja enorme.

Existen otras ventajas secundarias. La sensibilidad térmica de las proteínas, y por tanto la sensibilidad térmica de las tasas de reacción bioquímica y otros procesos fisiológicos, varía drásticamente de reacción en reacción y de proceso en proceso. Aunque la regla general dice que las reacciones se duplican o triplican en tasa por cada aumento de 10 °C en la temperatura, el factor real de aumento puede estar muy por debajo de 2 o muy por encima de 3. Las células, órganos y organismos requieren que todas las reacciones bioquímicas internas y procesos biofísicos estén bien equilibrados en magnitud. Si tus músculos trabajan 15 veces más rápido en el calor pero tu bioquímica solo puede liberar el ATP requerido 10 veces más rápido, las cosas se descomponen. Del mismo modo, si los primeros y cuartos pasos en una cadena de reacciones aumentan drásticamente pero no los segundos y terceros, o si tu respiración aumenta más que tu circulación, entonces las cosas se descomponen de manera muy diferente. Por lo tanto, un organismo que no regula su temperatura corporal tiene gran dificultad para adaptarse a grandes variaciones en la temperatura ambiental. A menudo eso toma muchos días, lo cual es suficiente para tolerar cambios estacionales pero no suficiente para una ola de calor repentina o un periodo de frío, ni siquiera para los cambios diarios de noche a día. Mantener constante la temperatura corporal permite que todos los diferentes sistemas bioquímicos y biofísicos permanezcan finamente ajustados y en armonía.

Por cierto, la regulación de la temperatura corporal de una u otra forma se desarrolló muchas veces a lo largo de la evolución. La mayoría de las aves y mamíferos están en un extremo: reguladores muy estrictos que utilizan el calor producido internamente para mantenerse calientes (endotermos homeotermos). La mayoría de los organismos acuáticos, los invertebrados terrestres y los anfibios tienen temperaturas corporales aproximadamente iguales al entorno (ectotermos poiquilotermos). Muchos reptiles, algunos peces grandes e incluso algunos insectos más grandes regulan parcialmente; es decir, mantienen sus cuerpos diferentes del entorno pero aún permiten cierta variación, o bien regulan solo partes de sus cuerpos, usualmente los órganos centrales y el cerebro, o bien regulan solo parte del tiempo. A estos a veces se les llama heterotermos. El mecanismo podría implicar el uso de calor externo (baño de sol, presionarse contra una roca calentada por el sol o de otra manera seleccionar un microhábitat apropiado) o interno (las abejas torpadoras frías "zumbando" para desarrollar suficiente calor que permita el vuelo). Varias especies de pitones regulan activamente su temperatura corporal utilizando fuentes de calor internas cuando incuban.

Por lo tanto, los pájaros y los mamíferos ciertamente no tuvieron que desarrollar una endotermia homeotérmica completa de una sola vez. Es generalmente bastante bien reconocido que muchos de los grandes dinosaurios probablemente sí regulaban su temperatura: los animales muy grandes tienden a calentarse demasiado fácilmente y el problema suele ser cómo mantenerse fresco, no cómo calentarse. Si los reptiles sinápsidos lo hacían es otra historia. Sin embargo, es interesante notar que los monotremas regulan a una temperatura corporal relativamente baja (28 a 32°C) y los marsupiales (más algunos grupos placentarios como los edentados y los insectívoros no musaraña) regulan a 33 a 36°C. La mayoría de los mamíferos regulan a 37 a 39°C. Los pájaros "primitivos" como los ratitas regulan a 38 a 39°C mientras que los passeriformes regulan a unos 42°C. Es decir, la "sangre caliente" es definitivamente NO un fenómeno de "complejidad irreducible" donde cada parte debe estar en su lugar antes de que cualquier parte de ella pueda ser de ventaja.

El precio de la termorregulación mediante calor interno es, por supuesto, pagar la factura de calefacción: encontrar suficiente alimento para quemar y producir todo ese calor. El problema se minimiza con un buen aislamiento: pelaje y plumas. El problema, por supuesto, es más grave para los animales de zonas templadas y árticas durante el invierno, cuando el alimento es más escaso. Como resultado, muchos mamíferos pequeños simplemente renuncian a mantener su temperatura corporal hibernando. Los mamíferos grandes tienen más facilidad por varias razones. Primero, la relación entre la masa corporal y el área superficial significa que es más fácil para ellos mantenerse calientes con menos combustible. Segundo, la relación inusual entre la tasa metabólica y el tamaño corporal significa que estos animales pueden sobrevivir durante mucho más tiempo con la grasa interna almacenada: un mamífero pequeño no puede acumular suficiente grasa para durar todo el invierno. Las aves generalmente solo migran en lugar de hacer frente a un invierno duro.

Este es un tema bien tratado en cualquier texto de Fisiología Animal Comparada o Fisiología Ambiental Animal. Schmidt-Nielsen, Prosser, Withers, Hill y Wyse son algunos autores en este campo.

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Asunto:    Re: El peligro de convertirse en fanático de la ciencia
Fecha:       21 de julio de 2005
Message-ID: 11dv3t6i55ccl13@corp.supernews.com

John M escribió:
>Fue muy cortés y aprecio respuestas como la suya. No puedo decir lo mismo de los demás, sin embargo.

Bienvenido a Usenet. Ignore a los demás y responda a aquellos que considere corteses.

>Mi punto es que nunca presenté ningún tipo de teoría a nadie. Pensé
>que esto era una discusión libre para involucrarnos mutuamente en diferentes
>posibilidades. No tenía idea de que la teoría de la evolución estaba congelada
>en concreto, para no ser tocada o manipulada por herejes como yo.

Er, si nunca presentaste nada, ¿por qué tomaste tantas líneas para no hacerlo?

Una posibilidad es algo, sin embargo. Una vez que dice que tiene una posibilidad, o sugiere que podría serlo, entonces entra bajo el fuego habitual que cualquier posibilidad sugerida recibe. Eso no tiene nada que ver con que los científicos sean arrogantes, es cómo se hace la ciencia. Todos nosotros (científicos o no) podemos generar muchas ideas, docenas, cientos, miles de ideas. Tiene que haber alguna manera de reducir el rebaño, o simplemente nos abrumará la masa de nuestras propias ideas, y mucho menos las de los miles de otros científicos o de los miles de millones de otras personas.

La ciencia es un método para sopesar los miles de ideas y llegar a las pocas que merecen un trabajo más serio. Por lo tanto, es en gran medida un proceso de selección o filtrado. Gran parte de ello requiere saber lo que ya se conoce, lo cual es un punto donde tus publicaciones han fallado: no parece (las apariencias pueden ser engañosas) que sepas mucho sobre lo que la biología sabe antes de presentar ideas y molestarte cuando no son bien recibidas.

De todos modos, tengo un conjunto, probablemente similar al que utilizan muchos científicos, de preguntas que aplico a mis ideas para decidir si valen la pena seguir investigándolas. Si yo (nosotros) las aplicamos a mis (nuestras) crías, ¿realmente esperan que los humanos les den a las suyas un pase libre?

¿Coincide bien la idea con las observaciones? Requiere que aprendas cuáles son realmente las observaciones.

Si (cuando) hay observaciones con las que la idea no concuerda bien, ¿son al menos observaciones particularmente difíciles (grandes márgenes de error, pocas repeticiones, ...) de realizar? (Quizás la noción es correcta y las observaciones discordantes tienen suficiente debilidad como para no descartar realmente la idea.)

La mayoría de las ideas no llegan más allá de este punto. La mayoría de las veces, las buenas observaciones son discordantes con la idea, una vez que se consideran más allá de las pocas con las que se inició la noción.

• ¿Hay otras cosas que la idea podría explicar?
• ¿Cómo puede probarse la idea?
• ¿Qué tan incorrecta podría estar? Esto, quizás, parezca extraño. Lo que quiero decir es que si su concepto puede acomodar todas las observaciones concebibles, no puede estar equivocada, por lo que es inútil. Las buenas ideas científicas son capaces de estar muy equivocadas. Las realmente buenas (por ejemplo, la mecánica cuántica) son capaces de estar muy equivocadas pero, de hecho, son extremadamente precisas.

¿Es la idea nueva? Muchas de las mías son rechazadas por este motivo: la idea suele estar en un campo sobre el que no sé mucho antes de formularla. Los científicos son muy creativos y llevan haciéndolo durante mucho tiempo. Es muy probable que alguien, en algún lugar y en algún momento, ya haya tenido la noción y, peor aún, haya demostrado por qué no funciona. Me doy puntos por la recencia de la invención o por cuánto tiempo tardó en ser refutada.

¿Por qué nadie lo pensó antes? Las preguntas anteriores son bastante comunes entre las personas que piensan en la ciencia; esta parece menos común. Sin embargo, obtengo buenos resultados con ella, porque puede llevarme a mejores respuestas a la pregunta anterior: «esto es algo que tal vez alguien podría haber pensado, ¿estás realmente seguro de que él no lo hizo?». No están permitidas respuestas como «yo soy un genio tan superdotado que esos idiotas ni siquiera pueden entender mi brillantez». ¿Qué es lo que yo sabía al llegar a la idea que las personas en el campo no sabían, o no saben comúnmente? (nuevas observaciones, ideas tomadas de un campo y aplicadas a otro, nueva matemática, nuevas capacidades computacionales, ...)

Recientemente tuve una idea particularmente buena, en el sentido de que realmente sobrevive a todas las preguntas anteriores. Así que ahora he dado el primer paso hacia "ir a público" —hablar con alguien conocedor en un área relevante. Pero primero hago mi "tarea" para tener cierta confianza de que la idea vale la pena el tiempo de otra persona. Él está en realidad más entusiasta al respecto que yo. (!) Si puedo precisar los detalles observacionales, hacia los que estoy bien avanzado, habré resuelto un problema en su nicho que ha estado pendiente por más de 100 años. (En respuesta a mi última pregunta: a) porque estoy tomando ideas de 3 campos que normalmente no se miran entre sí b) porque algunos de los efectos que sostienen la idea solo se han vuelto observables en los últimos años.)

Si considera que ha presentado una idea, ha fallado al no someterla a prueba frente a ninguna de las preguntas anteriores. No es un pecado, pero sí significa que recibirá una avalancha de críticas cuando las personas las apliquen por usted. Es un proceso difícil. Pero nadie será mucho más indulgente con sus ideas que con las propias; y yo soy bastante brutal con las mías —tengo muchas de ellas—.

La eliminación de ideas es también uno de los grandes placeres de hacer ciencia. Discutir sobre lo buenas que son es un elemento habitual de las discusiones de la hora del almuerzo y de las reuniones en los pasillos de las conferencias (digamos, ¿viste esa charla de A? Creo que fue bastante buena. No, C dice que ignora X, lo cual la anula. Pero responde a X con Y, lo cual parece una buena respuesta. ...)

De Los Fundamentos Acústicos de la Música 2ª edición, por John Backus, Norton, Nueva York, 1977. pg xiii:

"[Una] manera de lidiar con los errores es tener amigos dispuestos a dedicar el tiempo necesario para llevar a cabo un examen crítico del diseño experimental antes de tiempo y de los resultados después de que se hayan completado los experimentos. Una manera aún mejor es tener un enemigo. Un enemigo está dispuesto a dedicar una gran cantidad de tiempo y capacidad intelectual a descubrir errores, tanto grandes como pequeños, y esto sin ninguna compensación. El problema es que los enemigos realmente capaces son escasos; la mayoría de ellos son solo ordinarios. Otro problema con los enemigos es que a veces se convierten en amigos y pierden gran parte de su entusiasmo. Fue de esta manera que el escritor perdió a sus tres mejores enemigos."

von Bekesy fue un laureado del Premio Nobel en fisiología.

--
Robert Grumbine http://www.radix.net/~bobg/ Preguntas frecuentes sobre ciencia y notas sobre actividades de aficionados y enlaces.
Sagredo (Galileo Galilei) "Presentas estos asuntos reconditos con demasiada
evidencia y facilidad; esta gran facilidad los hace menos apreciados de lo que
lo serían si se hubieran presentado de una manera más abstrusa." Dos nuevas ciencias

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Asunto:    Re: Solicitud
Fecha:       20 de julio de 2005
Message-ID: 11du954g64alt7e@corp.supernews.com

"Zoe" escribió...

> A continuación se presenta un fragmento de una publicación en respuesta a Howard Hershey, al cual no ha respondido. ¿Alguien más puede proporcionar una respuesta al siguiente escenario evolutivo?
>
> ¿Puedes trazar la trayectoria de cómo los chimpancés y los humanos logran producir descendencia mientras se separan de su ancestro común?
>
> El ancestro común tiene, digamos, 23 pares de cromosomas. Una rara
> "mutación beneficiosa" causa que nazca un descendiente con un par
> adicional de cromosomas. Él es el precursor del chimpancé. ¿Dónde entra
> el ancestro humano? ¿El ancestro común también produce un descendiente con
> 23 pares de cromosomas, pero con alguna otra rara
> "mutación beneficiosa" que lleva al descendiente, ahora ancestro de
> los humanos, en una dirección diferente?

Por un par de razones, parece más probable que el último ancestro común de los humanos y los chimpancés tuviera 24 pares de cromosomas. Primero, los chimpancés, los gorilas y los orangutanes tienen todos 24 pares de cromosomas (lo que hace que parezca más probable que ese fuera el número del último ancestro común de los grandes simios, y se mantuvo hasta que se redujo en la línea humana). Segundo, aunque todos los cromosomas tienen un centrómero en el centro y telómeros en los extremos, el cromosoma dos humano tiene un centrómero y telómeros vestigiales incrustados en el propio cromosoma, lo que sugiere que se formó por la fusión de dos cromosomas. De hecho, hay dos cromosomas separados en los chimpancés que son muy similares en secuencia a dos "mitades" del cromosoma 2 humano.

Por cierto, aunque no lo preguntaste explícitamente, la especie del okapi (una jirafa de cuello corto y rara) tiene individuos con 22 pares de cromosomas, 23 pares e incluso 22,5 pares (para un total de 45 cromosomas; en este caso, dos cromosomas de un progenitor deben emparejarse con uno —fusionado— cromosoma del otro progenitor). Por lo tanto, una mutación que produjera al primer humano con un cromosoma 2 (en lugar de los cromosomas ancestrales 2a y 2b) no habría impedido que ese individuo se apareara con éxito. O, considera el caso del caballo de Przewalski y el caballo doméstico: los caballos domésticos, como sus criadores humanos, tienen un par de cromosomas menos que sus ancestros salvajes, debido, aparentemente, a una fusión cromosómica —pero los caballos domésticos y los de Przewalski aún pueden cruzarse para producir descendencia fértil. En otros casos (por ejemplo, las "razas cromosómicas" de ratones), tener diferentes números de cromosomas reduce la interfertilidad.

No hay razón para suponer que la diferencia en los números de cromosomas comenzó con el último ancestro común; es muy probable que sea mucho más reciente, mucho después de que la línea humana se separara de la línea del chimpancé. De hecho, no hay ninguna razón particular para suponer que la línea humana comenzó con alguna mutación beneficiosa específica, en lugar de que nuestros ancestros simplemente se movieran a una parte diferente de África que la de los ancestros del guepardo, de modo que ya no pudieran cruzarse (la separación geográfica impidió que nuevas mutaciones beneficiosas —o neutras o perjudiciales— en la línea homínida entraran en el pool genético del chimpancé).

> Aquí está tu árbol en desarrollo.

>
> ancestro común       Ancestro chimpancé (un solo individuo)
> _____________________/
>                      \
>                       Ancestro humano (un solo individuo)

No, por supuesto que la ramificación involucraba poblaciones reproductivas enteras: una banda, o unas pocas bandas, de homínidos que se trasladaban a un nuevo territorio lejos de las tierras donde vivían otros miembros de su especie. Como se ha señalado, en el punto de ramificación, ambas poblaciones habrían sido homínidos de la misma especie; no se convertirían en especies diferentes hasta después del punto de ramificación, después de que la separación geográfica les dejara libres de evolucionar en dos direcciones diferentes. Recuerde que, al igual que no hubo un "primer hablante de francés" luchando por hacerse entender en una nación de hablantes de latín clásico, tampoco hubo un "primer humano" o un "primer chimpancé", sino solo un cambio gradual a lo largo de muchas generaciones desde la misma especie ancestral.

> ¿Puedes continuar desde ahí? ¿Cuál es la vía? En este punto, ¿puede el ancestro del chimpancé seguir cruzándose con el ancestro común o con el ancestro humano? Tiene que cruzarse con algo para producir más descendencia de su propia especie, así que ¿de dónde viene el compañero?

La mayoría de los evolucionistas sostienen que la mayoría de los eventos de especiación son "alopátricos", lo que significa que ocurren después de que la población ancestral se haya dividido en dos grupos que podrían cruzarse si se encontraran, pero que ya no se encuentran. Después, la mutación, la deriva genética y la selección hacia diferentes entornos cambian gradualmente las poblaciones en especies diferentes. Ninguna mutación en particular (a menos que cuente la poliploidía) es probable que produzca una nueva especie. Un enfoque mejor (aunque todavía excesivamente simplificado) sería pensar en una serie completa de mutaciones, algunas beneficiosas, la mayoría neutrales (pero que aún nos hacen diferentes de los chimpancés), que cada una hiciera al portador un poco más "humano" (o, en la otra línea evolutiva, un poco más "chimpancé"). Ningún gen único habría hecho que su portador fuera muy diferente de otros miembros de su especie, o incapaz de cruzarse con ellos.

No parece probable que un humano moderno pueda (o al menos quiera) reproducirse con un chimpancé moderno, pero presumiblemente hace cinco millones de años, nuestros antepasados eran solo un poco más "humanos" que los antepasados de los chimpancés modernos. Probablemente pudieron haber producido descendencia fértil con los antepasados de los chimpancés, pero como se ha señalado, vivían en diferentes partes de África y ya no se encontraban.

Por cierto, la poliploidía es la duplicación de todo el genoma; las plantas se especián de esta manera todo el tiempo, pero es más raro en los animales (aunque hay ejemplos fuertemente respaldados para ranas, roedores y otros vertebrados; presumiblemente, no pueden formar una nueva especie a menos que puedan reproducirse por partenogénesis o a menos que la poliploidía ocurra con suficiente frecuencia que eventualmente produzca a dos miembros de la misma especie al mismo tiempo y en el mismo lugar). Pero esto no tiene nada que ver con cómo los humanos se separaron de los simios.

-- Steven J.

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