Los diferentes organismos modelo. Capítulo 7: insectos

Los insectos son el grupo más numeroso del reino animal, hay un millón de especies descritas y se estima que hay entre 6 y 10 millones de especies sin descubrir (Wilson, 2015). Los insectos representan el 80% de las especies animales conocidas en la actualidad (García et al, 2012). Fueron los primeros animales en volar y son los únicos invertebrados con dicha capacidad (Wilson, 2015). En cuanto a su taxonomía, pertenecen al filo Arthopoda, al subfilo Hexapoda y a la clase Insecta.  

Dentro del filo Artropodos, son el subfilo mas importante y a su vez, esta clase se ha dividido en al menos 30 ordenes(Wilson, 2015). No obstante, su clasificación es bastante compleja a causa de su gran diversidad. La clase insecta se divide en dos subclases, en función de la presencia y estructura de las alas García et al, 2012):

  • Subclase Apterigotos: insectos sin alas, se trata de un grupo menos evolucionado. No presentan metamorfosis.
  • Subclase Pterigotos: insectos con alas o secundariamente ápteros, son un grupo más evolucionado, más especializados y más abundante que el de los Apterigotos. Se divide en dos infraclases:
    • Neópteros: las alas están plegadas hacia atrás.
    • Paleópteros: no plegan las alas sobre el abdomen.
collage
Insectos. A: Escarabajos, B: tijereta, C: Mosca, D: chinche, E: abeja, F: mariposa, G: saltamontes, H: caballito del diablo. / Pixabay.com. Collage por Gómez, M (2020).

Dentro de los neópteros, los ordenes mas importantes son: coleópteros (escarabajos, gorgojos, mariquitas, cantáridos, etc), dermápteros (tijeretas), dípteros (moscas y mosquitos), hemípteros (chinches y cigarras), himenópteros (abejas, avispas y hormigas), lepidópteros (mariposas y polillas) y ortópteros (saltamontes y grillos). En paleópteros, destaca el orden odonatos (libélulas y caballitos del diablo) (García et al, 2012 & Contreras, 2014).

Los insectos presentan una anatomía externa común, presentan un exoesqueleto compuesto por placas duras, impermeables y ligeras llamadas escleritos, unidas por articulaciones flexibles. Su cuerpo esta diferenciado en tagmas (García et al, 2012):

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Sistemas bucales de insectos
  • Cabeza (1 par de antenas, ojos compuestos, hasta 3 ocelos y diversos aparatos bucales).
  • Torax (3 segmentos; 3 pares de patas y hasta 2 pares de alas).
  • Abdomen (9 -11 segmentos con apéndices muy reducidos o ausentes, a veces 2 a 3 cercos).

En cuanto a los sistemas bucales, se pueden diferenciar 4 básicos: (A) aparato masticador ej., ortópteros), (B) cortador-chupador (ej., himenópteros), (C) chupador en espiritrompa (lepidópteros) y (D) chupadorr (ej., dípteros).

Los insectos respiran por un sistema de tráqueas, por su sistema circulatorio circula hemolinfa. Normalmente son ovíparos, y la mayoría no suelen cuidar los huevos hasta su eclosión. Tras la eclosión, muchos  sufren metamorfosis (Contreras, 2014). Por ejemplo los saltamontes experimentan una metamorfosis incompleta, en estado juvenil (ninfa) es muy parecido al adulto pero en miniatura. En cambio, las mariposas sufren una metamorfosis completa, la cría (larva) pasa por cuatro fases distintas hasta alcanzar el aspecto adulto (Wilson, 2015).

Los insectos son muy diversos en su modo de vida. Han surgido en tierra firme, pero tienen una gran capacidad de adaptación y por eso se pueden encontrar en zonas de agua dulce y costeras, en desiertos, en las cumbres más elevadas, etc. (García et al, 2012). También existen insectos parásitos como los piojos o las ladillas. Sin embargo, dado que no pueden sobrevivir a la congelación, no hay insectos en los polos. En las zonas tropicales es donde se encuentra la mayor diversidad de insectos (Contreras, 2014).  Sin embargo, sí hay un insecto capaz de habitar en la Antártida, el insecto  Belgica antárctica (Alvarez, 2018).

Los insectos no se deben confundir con los arácnidos, escorpiones, crustáceos o ciempiés que también son artrópodos, pero no insectos. El insecto más pequeño mide alrededor de 150 micrómetros, mientras que el más grande, durante el carbonífero (hace 350 ma.) llegó a medir 75 cm (Contreras, 2014).

Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster es conocida como la mosca de la fruta o del vinagre. Esta especie es un pequeño insecto dentro del orden dípteros (Valls, 2011). Los dípteros presentan ojos compuestos grandes y en general, 3 ocelos. Un aparato bucal chupador-picador. Las alas anteriores son transparentes y presentan poca venación, mientras que las posteriores están modificadas en halterios o balancines (García et al, 2012). Las moscas de género Drosophila son unas 900 especies de pocos milímetros distribuidad por todo el planeta, salvo en climas extremos. Drosophila melanogaster  se alimenta de las colonias de levadura que crecen encima de manzanas, uvas, plátanos y otras frutas dulces (Valls, 2011).

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Fotografía de un díptero, en vista dorsal (García et al, 2012).

La mosca de la fruta es uno de los organismos modelo con mayor renombre en la investigación. Este organismo lleva mas de cien años dentro del laboratorio. Inicialmente se uso para experimentos sobre evolución, dado su corto ciclo de vida (10-15 días) permitía estudiar la aparición y transmisión de mutaciones en generaciones sucesivas, sometidas a diferentes condiciones ambientales. Posteriormente se vio la idoneidad de esta especie para estudios genéticos. A partir de las moscas mutantes, Thomas H. Morgan, Alfred Sturtevant, Calvin B. Bridges y Hermann Müller  realizaron diversos experimentos, los cuales constituyen el cuerpo de la Teoría cromosómica de la Herencia (Valls, 2011).

Hoy en día, este organismo esta siendo muy útil en los estudios del cáncer, en los procesos de formación de tumores y metástasis. También permite estudiar temas relacionados con la conducta, algunos de estos  estudios se centran en los ritmos circadianos entre actividad e inactividad, otros se fijan en aspectos como el aprendizaje y la memoria a partir de las reacciones olor y el gusto. También conductas relacionadas con la acción a las drogas y el alcohol, para determinar qué mecanismos celulares y moleculares básicos que hay detrás de las conductas adictivas (Valls, 2011).

Capítulo 6.

REFERENCIAS

Alvarez, J (2018).El único insecto de la Antártida, que puede sobrevivir dos años congelado, es también el único animal terrestre que vive allí. La brújula verde. Disponible en: https://www.labrujulaverde.com/2018/05/el-unico-insecto-de-la-antartida-que-puede-sobrevivir-dos-anos-congelado-es-tambien-el-unico-animal-terrestre-que-vive-alli [Último acceso: 26 Abr. 2020].

Contreras, R. (2014). Los insectos. La guía. Disponible en: https://biologia.laguia2000.com/zoologia/los-insectos [Último acceso: 26 Abr. 2020].

García, A., Outerelo, R., Ruiz, E., Aguirre, J., Almodóvar, A., Alonso, J., Benito, J., Arillo, A. (2012). Prácticas de Zoología Estudio y diversidad de los Artrópodos Insectos. Reduca (Biología). Serie Zoología. 5 (3): 42-57.

Wilson, E. (2015). Insectos (hacia 400000000 a C.). En: Gerald, M. & Gerald, G. (eds). El libro de la biología. Del origen de la vida a la epigenética, 250 hitos de la historia de la biología: 36. Librero, AB Kerkdriel, Países Bajos.

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [Último acceso: 26 Abr. 2020].

Los diferentes organismos modelo. Capitulo 5: plantas

Ya en el 2017, en mi artículo “Descontaminación de suelos mediante el uso de plantas transgénicas” os hable de la importancia que puede tener la modificación genética en plantas, tanto para el ser humano como para el medio ambiente.  En dicho artículo mencionaba el uso de la especie Arabidopsis thaliana, como planta transgénica en la fitorremediación, la cual es capaz de acumular mercurio (Hg), una de las sustancias más tóxicas.

Aunque A. thaliana no sea de los organismos modelo más famoso entre la población (fuera del laboratorio es considerada una mala hierba) como tal vez si lo sean los ratoncitos blancos (Mus musculus) y las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), es una de las plantas mas estudiadas globalmente a nivel genético y fisiológico (Busoms, 2016).

La planta A. thaliana pertenece a la familia de las crucíferas (Brassicaceae), a la que pertenecen unas 4 mil especies (Poveda, 2018). Entre estas especies destacan algunas de interés agrícola como la col (Brassica oleracea) y el nabo (Brassica napus) (Valls, 2011). La especie protagonista de este artículo esta distribuida por todos los continentes (es cosmopolita), es una planta anual de pequeño tamaño, entre 10 y 30 cm (Povedad, 2018), presenta un ciclo de vida relativamente corto (unas 6 semanas) y es un organismo muy prolífico, siendo capaz de producir hasta 10000 semillas por individuo, las cuales son viables varios años. También es capaz de autofecundarse, es decir, es autógama (Busoms, 2016). Presenta 4 pétalos en las flores, las cuales son blancas, con forma de cruz (por esta razón pertenece a las crucíferas) (Poveda, 2018). Dichas flores son pequeñas y hermafroditas (órganos reproductores masculinos y femeninos). En cuanto al fruto, es una silicua de unos 4 cm de largo y 2 mm de ancho, pudiendo albergar hasta 30 semillas por silicua (Valls, 2011). Las semillas serán dispersadas por el viento, este tipo de dispersión es conocido como “dispersión anemócora”.

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Representación gráfica de la planta Arabidopsis thaliana / Poveda, 2018.
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Silicuas y semillas de A. thaliana / Poveda, 2018.

Esta planta, a simple vista, no parece gran cosa y mucho menos que tenga algún interés para el ser humano. Esto puede deberse a que no destaca visualmente para ser una especie ornamental y sus órganos no son atractivos para su consumo. No obstante, como os he dicho al principio, es un organismo modelo de los mas importantes y estudiados en investigación sobre biología molecular, genética y fisiología vegetal (Poveda, 2018). Es cierto que su uso en el laboratorio ha sido bastante tardío, y consolidado en la década de los años 80 (Valls, 2011). Arabidopsis thaliana  consta de 7 características principales por las que ha sido elegida organismo modelo: su pequeño tamaño y fácil manejo, su corto tiempo de generación, su autopolinización y número de semillas producidas, su pequeño genoma y su número reducido de cromosomas (Poveda, 2018). Estas características permiten que cultivarla en invernaderos y cámaras de cultivo sea bastante sencillo. Además su pequeño genoma, secuenciado completamente en el año 2000, permite su manipulación por ingeniería genética de manera fácil y rápida en comparación con otras especies de plantas (Valls, 2011).

Con esta especie se investigan muchos procesos biológicos. A nivel genético, gracias a la creación de mutantes, se han logrado desarrollar grandes conocimientos en el mundo vegetal, como en los procesos de germinación y floración, crecimiento radicular, síntesis de la pared celular, entre otros (Poveda, 2018). Sin embargo, la investigación con A. thaliana  también es muy útil en ecología, es decir, interacciones con otras plantas al rededor de su medio ambiente. A nivel ecológico se estudian las respuestas de dicha planta a condiciones estresantes de tipo abiótico (como condiciones de salinidad, sequía, heladas, etc.) o bien cómo reacciona ante ataques de patógenos y plagas. Un ejemplo de este tipo de investigaciones, a nivel ecológico, es el estudio realizado por  Sílvia Busoms y su equipo (2015) en Cataluña. Estos científicos estudian la tolerancia que presentan las poblaciones costeras de A. thaliana ante la salinidad del medio ambiente en el que se encuentran.

Para leer el capítulo anterior: capítulo 4.

Para leer el siguiente capitulo: capítulo 6

Para leer mi artículo: “Descontaminación de suelos mediante el uso de plantas transgénicas”.

REFERENCIAS

Busoms, S.; Teres, J.; Huang, X.; Bomblies, K.; Dnaku, J.; Douglas, A.; Weigel, D.; Poschenrieder, C.; Salt, D. E. (2015). Salinity is an agent of divergent selection driving local adaptation of Arabidopsis thaliana to coastal habitatsPlant Physiology 168 (3): 915-929. doi: 10.1104/pp.15.00427.

Busoms, S (2016). “Arabidopsis thaliana, no sólo una planta de laboratorio. Importancia de las poblaciones silvestres catalanas.” UABDivulga [online]. Disponible en: https://www.uab.cat/web/detalle-noticia/arabidopsis-thaliana-no-solo-una-planta-de-laboratorio-importancia-de-las-poblaciones-silvestres-catalanas-1345680342040.html?noticiaid=1345695163636 [Último acceso: 21 Feb 2020].

Poveda J. (2018).  “Arabidopsis thaliana: la “mala hierba” que alcanzó la cima de la ciencia vegetal”. [online]. Disponible en: https://naukas.com/2018/01/11/arabidopsis-thaliana-la-mala-hierba-que-alcanzo-la-cima-de-la-ciencia-vegetal/ [Último acceso: 21 Feb 2020].

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. [online] Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [Último acceso: 21 Feb 2020].

 

Descubren firma genética en los nativos americanos

Investigadores de Brasil, España y Estados Unidos, descubren una firma genética en los nativos americanos que los relaciona a todos con un origen común en Beringia.

Esta señal genética las permite digerir mejor los alimentos con grasas, y los investigadores encontraron 3 variaciones SNP en el ADN de los nativos americanos, 1 de ellas coincide con la ya descubierta en los inuit, y que es muy frecuente en nativos americanos pero baja el resto del mundo.

Aquí puede leer un resumen y visualizar los artículos y mapas descriptivos.

“CRISPR-Cas, la revolución en edición genética” por el Dr. Lluís Montoliu

Ayer, 28 de septiembre de 2018, con motivo de la celebración de la Noche Europea de los Investigadores, tuve el placer de poder asistir a una magnífica charla sobre la herramienta CRISPR-Cas impartida por el Dr. Lluís Montoliu en la Fundación Francisco Giner de los Ríos (Institución Libre de Enseñanza).

Montoliu nos ha explicado de una forma muy visual cómo funciona el CRISPR, el sistema inmunitario de las bacterias y arqueas. Se denomina CRISPR a un conjunto de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas, es decir, secuencias repetitivas entre las cuales encontramos fragmentos de material genético vírico. Las proteínas Cas reconocen el material genético exógeno procedente de los virus gracias a un ARN guía complementario a los fragmentos situados entre las repeticiones. Estas proteínas cortan el material genético vírico, destruyéndolo e impidiendo así la infección.

Este sistema posee una base genética y es, por lo tanto, heredable. Es decir, una vez que la bacteria adquiera resistencia al virus tras estar en contacto con él, todas las generaciones venideras lo serán. Es un sistema en continua actualización pues los virus mutan con el tiempo y pueden penetrar este sistema de protección.

Francisco Mojica es el autor de este descubrimiento revolucionario, por el cual está nominado al Nobel en las categorías de Química y Medicina. Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier desarrollaron una técnica basada en este sistema que permitía modificar el ADN, el CRISPR-Cas, popularmente conocido como las tijeras genéticas.

Montoliu nos ha hablado sobre las diferentes aplicaciones de esta técnica en campos tan dispares como la medicina y la agricultura. Además, ha hecho especial hincapié en la necesidad de un desarrollo completo de estas técnicas para garantizar su seguridad antes de ser aplicadas en humanos. En su laboratorio estudian las aplicaciones del CRISPR en enfermedades como el albinismo. En la página web de su laboratorio podéis encontrar gran cantidad de información sobre CRISPR y sobre los trabajos que realizan acerca del albinismo: https://bit.ly/2DMfTai

Además, mi compañero Raúl escribió un artículo sobre CRISPR, disponible en este enlace: https://bit.ly/2R3mP5A

Por último, dar las gracias al Dr. Lluís Montoliu por acercar la ciencia a todos los ciudadanos y despertar el gusanillo investigador en muchos de nosotros.

Cursos sobre Ciencias Biológicas

El Instituto Universitario Elbio Fernández, a través de la plataforma Miríada X, ofrece 3 cursos sobre Ciencias Biológicas donde adquirirás formación básica sobre biología, genética, zoología, histología… Estos MOOCs son de acceso gratuito.

¡No os los pierdáis!

Os dejo los enlaces a los tres cursos:

Charla “Yo soy yo y mi epigenética”

Gracias a una estancia en el CSIC que hice con el proyecto “4º + empresa” que organizan los institutos, conocí a Enrique,  un gran profesional que no hizo más que reafirmarme en mi deseo de ser científica. Desde entonces sigo su blog “Ciencia con Chocolate” a través del cual organizan charlas sobre temas muy diversos, estableciendo un punto de encuentro para todos los interesados en ciencia.

Os dejo el enlace a su blog: http://cienciaconchocolate.blogspot.com.es/

La próxima charla “Yo soy yo y mi epigenética” será impartida por José Fernández Piqueras, doctor en Ciencias Biológicas y Catedrático de Genética de la UAM. Será el  miércoles 14 de febrero a las 19:00 en Pangea, C/Príncipe de Vergara 26, Madrid.

¡No os la perdáis!

Ojos azules y piel oscura; así era un cazador-recolector europeo de hace 7.000 años

El análisis del ADN de un individuo de hace 7.000 años revela que los primeros europeos tenían los ojos azules y la piel morena.

Leer noticia aquí:

http://www.csic.es/web/guest/noticias-y-multimedia?p_p_id=contentviewerservice_WAR_alfresco_packportlet&p_p_state=maximized&_contentviewerservice_WAR_alfresco_packportlet_struts_action=%2Fcontentviewer%2Fview&_contentviewerservice_WAR_alfresco_packportlet_nodeRef=workspace%3A%2F%2FSpacesStore%2Fd32553f8-ac97-4a00-ad0e-bd7b966e8963&_contentviewerservice_WAR_alfresco_packportlet_gsa_index=false&_contentviewerservice_WAR_alfresco_packportlet_title=noticias

Los neandertales siguen vivos en nuestro genoma

Los genes neandertales que se conservan en nuestro material genético no son una simple herencia, producto de las hibridaciones del pasado, sino que afectan de manera significante a rasgos imprescindibles para nuestra adaptación.

Leer noticia aquí:

http://elpais.com/elpais/2017/02/23/ciencia/1487868615_293495.html

20 años de la oveja Dolly: ¿por qué los clones mueren jóvenes?

Antes de Dolly, ya se habían creado clones de otros grupos de animales. Sin embargo, esta famosa oveja supuso un gran logro científico en la historia de la ciencia. Era el primer mamífero clonado a partir de células adultas.

Leer noticia aquí:

http://elpais.com/elpais/2017/02/21/ciencia/1487674345_626879.html?rel=mas