01 septiembre, 2010

El mutualismo: cooperación o autobeneficio?

La simbiosis es un tipo de relación interespecífica (entre dos o más especies diferentes) que trae consigo un efecto beneficioso para al menos uno de los involucrados. La simbiosis se puede dar de tres maneras: parasitismo (cuando uno se beneficia y el otro se perjudica), comensalismo (cuando uno se beneficia y el otro ni se beneficia ni se perjudica) y mutualismo (donde ambos se benefician). Ejemplos tenemos muchos: las tenias viven en los intestinos de los humanos y algunos otros mamíferos, tomando los nutrientes que ellos consumen, beneficiándose y muchas veces causando daño a su hospedero (Parasitismo); las orquídeas crecen en las ramas de los árboles, pero no consumen sus nutrientes, sólo los usan de soportes, de esta manera pueden alcanzar la luz en la tupida selva (Comensalismo); y las flores que producen néctares azucarados para ser usados como fuente de energía por pequeñas aves y algunos insectos voladores, quienes al consumirlos se impregnan del polen y fertilizan otras flores más distantes (Mutualismo).

El mutualismo, la cooperación entre especies, es un fenómeno muy común en el mundo natural, pero la forma como ha evolucionado es aún muy incierto. En base a los estudios realizados se tiene la hipótesis de las Sanciones del Hospedero (HS: Host Sanction) el cual dice que el hospedero tiende a recompensar si sus simbiontes trabajan bien y cooperan, dándoles más nutrientes, protección, etc.; mientras que castiga a los que le engañan y se quieren aprovechar de él. Suena bastante lógico... “si me das más yo haré lo mismo por ti, pero si me traicionas te castigaré”. Esta hipótesis se enfoca principalmente en el hospedero, quien es el que desarrolla sistemas de recompensa y castigo para sus simbiontes.

Sin embargo, el Prof. E. Glen Weyl de la Universidad de Harvard plantea otra hipótesis que explica el mutualismo en base a un modelo económico. La hipótesis de la retroalimentación por fidelidad entre asociados (PFF: Partner Fidelity Feedback) es completamente opuesta a la anterior y dice que en vez que sea el hospedero quien desarrolla sistemas de recompensa y castigo, es el simbionte quien evoluciona para beneficiar a sus hospederos, ya que el simbionte se retroalimentará de este beneficio automáticamente.

Esto cambia por completo la forma de ver el mutualismo. Es el simbionte quien busca su propio beneficio más que el beneficio del hospedero. Por ejemplo: un simbionte provee de nutrientes a su hospedero para que éste aumente su vigor y aptitud biológica (fitness), de manera indirecta pero automática, el simbionte se verá beneficiado ya que el riesgo de mortalidad del hospedero se habrá reducido.

Al final, las dos hipótesis parecen la misma cosa pero dichas con distintas palabras. Sin embargo, hay un par de experimentos con especies mutualistas ampliamente conocidas que pueden reforzar esta segunda hipótesis. Explicaré una de ellas:

Todos conocemos la relación mutualista que hay entre las plantas leguminosas y los rhizobium. Los rhizobium habitan en los nódulos en las raíces de las plantas leguminosas, fijando el nitrógeno atmosférico (N2) en forma de amonio (NH4+) que es aprovechado por las plantas para sintetizar sus proteínas; a cambio, ellas proveen de carbohidratos y otros nutrientes para que los rhizobium puedan vivir felices y contentos.

También hay cepas de rhizobium que engañan a sus plantas hospederas, ya que fijan poco o no fijan nada de N2. En estas plantas, los nódulos prácticamente no crecen y los rhizobium ya no tienen donde vivir. Cuando los nódulos con rhizobium normales (fijadores de N) son expuestos a ambiente donde el Nitrógeno ha sido reemplazado por Argón – otro gas inerte – previniendo la fijación de N, las plantas también forman pequeños nódulos que soportan menos concentración de rhizobium.

Este experimento indica que la planta no puede reconocer entre un rhizobium normal (fijador de N) y uno tramposo (no fijador de N), y la reducción del tamaño del nódulo no es una forma de castigo; la planta sólo es sensible a la concentración de N en cada uno de sus nódulos, y cuando es baja, simplemente deja de formar los nódulos. Es así que el simbionte, para poder vivir feliz y contento debe procurar que esta concentración de N sea alta.

En fin, es bastante interesante este punto de vista económico de la evolución del mutualismo, tanto el ampliamente difundido sanción del hospedero como este nuevo enfoque de la retroalimentación por fidelidad entre asociados; sin embargo, me parece más probable y evolutivamente más viable que sea el simbionte quien se adapta y evoluciona para lograr este autobeneficio, sobre todo en casos de mutualismos entre microorganismos y plantas. Creo que es más difícil que un organismo ya adaptado evolucione un mecanismo de castigo si su simbionte empieza a aprovecharse de él. El hospedero ya ha evolucionado para reducir sus necesidades metabólicas cuando hay carencia de nutrientes, tenga o no un simbionte, así que debe ser el simbionte quien haga todo lo posible para aprovecharse de su hospedero haciéndolo vivir mejor.

Aunque, según comentan los investigadores, la sanción del hospedero es más común en especies más avanzadas con un cierto grado de inteligencia o mayor sensibilidad con el entorno, tal como muchos animales superiores. La coevolución también juega un papel muy importante sino no podríamos explicar como una orquídea puede tomar la forma de su animal polinizador o emitir compuestos semejantes a las feromonas que usan los del sexo opuesto para atraer parejas, para ser polinizadas.

Referencia:

ResearchBlogging.orgE. Glen Weyl, & et al (2010). Economic contract theory tests models of mutualism PNAS DOI: 10.1073/pnas.1005294107

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