Los bosques nos hablan de evolución y cooperación

Contexto socioambiental

Investigación y Ciencia, la versión española de Scientific American, ha sido la maleta informativa que durante dos décadas (2000-2019) me ha acompañado en el camino seguido por la biotecnología con ASEBIO [1] y su web como vehículo. Desde que dejé la conexión con ASEBIO en el otoño de 2019, he continuado recibiendo los números de la revista, pero su lectura ha sido más esporádica, circunstancia impuesta por la emergencia de la covid-19, evento que ha acaparado una parte muy importante de los análisis que sobre las relaciones entre ciencia y sociedad, y ciencia y sus accidentes políticos (democracia, información, desigualdad, éticas y el cambio climático) he llevado a cabo en colaboración con Jesús Rey y Victor Ladero a lo largo de los últimos veinte meses.

Colaboración con la SER y su efecto catalizador

En la primera semana del mes de marzo de 2021 recibí una invitación por parte del equipo de producción del programa “A vivir que son dos días”, que se emite los fines de semana, para que el domingo 7 compareciera en el subprograma sobre ciencia [2] que el director Javier del Pino realiza con el apoyo fijo de dos connotados divulgadores, Javier Sampedro y Pere Estupinyá. Les había llamado la atención un artículo publicado en el número de octubre de 2020 de Investigación y Ciencia, en el que dos científicos de la Universidad Duke, una de las universidades privadas más destacadas, Brian Hare, un profesor polifacético acreditado en antropología evolutiva, psicología y neurociencia, y Vanessa Woods, investigadora en el Centro de Cognición Canina de la misma universidad, proponían bajo el título La supervivencia del más amable y aplicando el concepto de “autodomesticación humana” que el Homo sapiens se impuso a sus parientes gracias a un proceso de selección natural que habría explorado una explosión de amabilidad en el Pleistoceno tras las glaciaciones, unos 80.000 años antes de Cristo, para promover una valiosa colaboración grupal y con ello dar pie a la emergencia y el desarrollo de las tradiciones culturales y las tecnologías que nos han convertido en los humanos que pueblan (y explotan) la Tierra.

Curiosamente el número de octubre es un representante de algunos de los grandes números de la revista, al menos en lo atinente a mis intereses, que me han reportado disfrute y provecho. Lo tenía señalado y apartado para su lectura al haber detectado a partir de la primera ojeada que casi el 90 por ciento de los artículos eran interesantes para mis propósitos. Ante la llamada desde la SER, la obligada aceptación –convicción y responsabilidad– por mi parte tenía un indudable atractivo intelectual: me permitía aportar y desarrollar, en un medio tan importante, algunas ideas acerca de la complejidad actual cuyo análisis reclama reflexionar bajo el prisma de la interdisciplinariedad para afrontar, entre otros retos, las tres Íes: incertidumbres, irreversibilidades (tan asociadas a las preocupaciones de Federico Mayor Zaragoza) e información, con excesos que hablan de infodemia o infoobesidad y que cuenta con un valioso análisis en un reciente libro de Irene Lozano [3], así como exponer las relaciones e influencias entre las tres es: evolución, ecología y ética.

Encuentro con el Día Internacional de los Bosques

Retomo la lectura del citado número de octubre de 2020 (nº 529) de Investigación y Ciencia el día 21 de marzo, con esa dedicación a los bosques para profundizar y glosar la cabecera, con el espectacular rótulo “Los Reyes del Bosque” que luego se desenvuelve en un texto (págs.16-24), titulado El ascenso de los robles y encinas, en el que se muestran, gracias a la genómica, las claves del éxito evolutivo de esos árboles.

Son tres los autores y con diversas afiliaciones, un indicador de la trascendencia del tema. Andrew L. Hipp, director del herbario del Arboreto Morton en Lisle, Illinois; Paul S. Manson, profesor en la Universidad Duke, donde estudia la sistemática y la biogeografía de las angiospermas prestando especial interés en la evolución de las especies de Quercus, carias y nogales; y Jeaninne Cavender-Bare, profesora de la Universidad de Minnesota, donde estudia el origen, la fisiología y la organización de la biodiversidad vegetal, con especial interés en el género Quercus.

Datos fundamentales

Hace 50 millones de años, en los albores del Eoceno, la Tierra era más cálida y húmeda.

Todo iba a cambiar por la dispersión y diversificación de uno de los géneros de plantas leñosas de mayor importancia ecológica y económica del planeta: los árboles anemófilos y glandíferos del género Quercus, los conocidos popularmente como robles y encinas (y aunque no aparecen en el artículo, también los alcornoques). Como muchas de las especies de árboles (por no decir todas), han aportado a la especie humana grandes beneficios a lo largo de nuestra coexistencia sobre el planeta, ya que

• favorecen la biodiversidad;
• depuran el aire, secuestran el CO₂ y absorben los contaminantes atmosféricos;
• han modelado la cultura humana, ofreciendo nuevos alimentos (como bellotas, fundamentales como componentes directos de la dieta y cuyo papel en el tránsito hacia un elemento destacado de la dieta carnívora de la dieta ibérica es de sobra conocido) y materiales como madera y corcho para la construcción;
• han sido mitificados en leyendas inmortales;

La evolución de los representantes de ese género, durante 56 millones de años, a partir de una única población indiferenciada ha resultado en la realidad de más de 400 especies que se extienden por los cinco continentes, el 60 por ciento de los cuales habitan en el continente americano.

Cómo llegaron a predominar

Hasta los avances de la genómica (secuenciación y análisis de los genomas), apenas se podía especular acerca de su historia evolutiva a consecuencia de los huecos y de las quiebras en los registros fósiles y las dificultades para deducir los episodios evolutivos a través de las técnicas biomoleculares a partir del ADN de las especies actuales.

La lectura de la importante obra Flora Ibérica [4] nos confirma esta dificultad taxonómica, al describir Quercus como “género que presenta problemas taxonómicos y nomenclaturales por lo frecuente de las hibridaciones e introgresiones”, así como por el dimorfismo foliar intraespecífico, dependiendo de la edad del individuo, la zona del árbol o la estación del año.

Angel Oak Tree, un roble de mas de 1.500 años. Fuente: https://www.travelthewholeworld.org/2013/11/the-1500-years-old-fairy-talesque-angel-oak-tree-on-johns-island-south-carolina-usa.html

Robles rojos y blancos

Las aproximaciones genómicas han permitido reconstruir el origen, la diversificación y la dispersión del género Quercus. Hay dos linajes que se distinguen morfológicamente por sus hojas: los rojos (sección Lobatae) tienen las hojas con lóbulos puntiagudos, mientras que los blancos (sección Quercus) poseen hojas con lóbulos redondeados. Presentan diferencias en los frutos (glande o bellota), en cuanto al periodo de maduración y la composición de nutrientes. En términos evolutivos y de relación con los ecosistemas, los insectos fitófagos reconocen las diferencias y en la mayoría forman grupos adaptados a uno u otro tipo. Incluso las micorrizas, hongos que conectan las raíces vegetales con los nutrientes del suelo, parecen ser capaces de distinguir con qué linaje quieren establecer la relación simbiótica.

Bosque de robles. Fotografía tomada por Flavio Camus. Fuente: https://www.flickr.com/photos/chicuco/5181236543/

Las variaciones, cuando se desciende a nivel de especie, hacen sin embargo difícil distinguir a los robles emparentados. Existe casi tanta variación intraespecífica, resultado de las respuestas plásticas al entorno y de la variación genética entre individuos, como variación interespecífica. Además, los robles solo se hibridan con los de su mismo grupo, todo lo cual dificulta la clasificación. A la vez las variedades manifiestan una gran capacidad, son promiscuas, para hibridarse con otras muchas. El genoma de estos árboles es un mosaico modelado por dos grandes mecanismos evolutivos: especiación e hibridación. Como señalan los autores, gracias a una técnica que se llama “secuenciación asociada a dianas de restricción”, que sirve para leer pequeños fragmentos de ADN, y a una importante colaboración internacional, junto al cotejo de estos análisis con los registros fósiles, ha sido posible la elucidación en gran parte del proceso de especiación del género hasta llegar a la misma base del árbol familiar. Esto es una prueba de que la ciencia en biología alcanza ya la estrategia y las dimensiones de colaboración científica de lo que se llama, en política científica, big science (gran ciencia) y que se ejemplifica con la investigación en física de altas energías, astrofísica o fusión nuclear.

Relaciones de buena vecindad

Como los autores subrayan, unos resultados muy interesantes son los del carácter relacional, que ha facilitado la integración entre los conocimientos genómicos y la información relativa a los estudios fisiológicos sobre la adaptación al clima y al hábitat, y los estudios de biocenosis acerca de la estructura de los robledales.

Los robles rojos y blancos suelen compartir el hábitat: colinas arenosas, matorral y barrancos, y han elaborado, de modo independiente, soluciones para los mismos problemas ecológicos. Factores decisivos han sido la disponibilidad de agua y la intensidad del régimen de incendios. Por ejemplo, en suelos pobres, pedregosos y los riscos del este de Estados Unidos coexisten el blanco Quercus stellata y el rojo Quercus marylandyca. En las montañas del sur de Arizona conviven el Quercus arizonica, un emblema del roble blanco, y el rojo Quercus emoryi. Tal coexistencia se observa en las comunidades arboladas del país con una peculiaridad muy interesante: los parientes lejanos acostumbran a crecer juntos, mientras que los miembros del mismo linaje no suelen hacerlo.

Parece que el factor determinante para dar cuenta de este comportamiento, este patrón de convivencia, es que ninguna especie es capaz de dominar todos los hábitats: la adaptación a la aridez (sierra de Chiricahua) separa a los parientes cercanos a lo largo del gradiente de altura; mientras que en la llana Florida los factores que estructuran las comunidades son relativos a la disponibilidad de agua en el suelo.

Los árboles de ambos linajes que tienden a convivir bien son aquellos que presentan rasgos convergentes. Se observan procesos de cooperación primitiva, como es el hecho de que puedan creer juntos por su vulnerabilidad diferente a las enfermedades: la cercanía de parientes lejanos dificulta la propagación de enfermedades; incluso existen indicios de que se prestan ayuda en los delicados momentos de brotar y enraizar.

El bosque, una vez consolidado, convierte a los árboles en dominantes, lo que impide a otros infiltrarse.

La hibridación como fuerza de selección ambiental

Conocida la genealogía del género Quercus, su peculiar tendencia a la hibridación le permite generar una macro especie (singameon) en la cual las diversas especies, en lo que se refiere al punto de vista ecológico y fisiológico, persisten a pesar de la alta frecuencia de intercambio de genes -que hizo pensar en sentido contrario en una potencial fuerza que erosionara las diferencias genéticas entre las especies.

El reto es averiguar de qué modo la diferenciación interespecífica y el intercambio de genes entre especies influirán en el rumbo de la evolución y en la persistencia de las poblaciones de Quercus. Si dilucidamos tales procesos, ese conocimiento permitirá predecir en un siglo o en los siglos venideros el aspecto que tendrán nuestros bosques, y quizás servir para orientar la supervivencia de estos árboles tan vitales para nuestro planeta.

La historia de estos árboles es un relato de notable éxito evolutivo que ha de contar a la hora de predecir la respuesta ante el cambio climático y elaborar planes de gestión que aseguren su supervivencia.

Victor Ladero:

Respondemos a la invitación de Emilio Muñoz para añadir nuestras reflexiones al final de este magnífico artículo que nos muestra cómo en la naturaleza la cooperación entre diferentes nos puede llevar al éxito y la supervivencia. Sin duda, el estudio de una comunidad formada por especies tan cercanas y a la vez distintas de majestuosos árboles es un claro ejemplo de cómo en la ciencia actual solamente la colaboración entre disciplinas diferentes nos permite avanzar en el conocimiento y desentrañar retos tan complejos, por lo diverso y la cantidad de variables y condicionantes que los afectan, que es imposible acercarnos a ellos desde una única visión o disciplina. Que en las ciencias biológicas se avance hacia grandes proyectos de big science, como nos indica Emilio, no puede más que darnos esperanzas de que juntos podamos avanzar en el conocimiento y solución de uno de los mayores retos a los que nos enfrentamos como especie dominadora de este planeta, el cambio climático, causado por nuestras acciones y para cuya solución solo cabe la cooperación y el altruismo, el ser capaces de entender que las medidas necesarias para frenar esta amenaza tienen que venir de lo colectivo, olvidándonos de nacionalismos o intereses cortoplacistas, pero también de lo individual, de nuestras pequeñas acciones, que sumadas contribuirán a retrasar y mitigar los efectos sobre la vida en nuestro planeta.

Jesús Rey:

Resulta particularmente interesante, y sin duda merecedor de posterior desarrollo reflexivo, el hecho que señala Emilio Muñoz acerca de que “la ciencia en biología alcanza ya la estrategia y las dimensiones de colaboración científica de lo que se llama, en política científica, big science (gran ciencia) y que se ejemplifica con la investigación en física de altas energías, astrofísica o fusión nuclear.”

La respuesta a la pandemia de covid-19, particularmente (pero no solo) en el ámbito de la investigación en virología, muestra otro claro ejemplo de cómo la biología ha actuado como una “gran ciencia”. La obtención de las primeras vacunas en un tiempo récord, impensable hasta hace poco e improbable en los primeros meses de la pandemia, se ha cimentado en la existencia de un enorme fondo de investigación básica realizada en años anteriores, y de experiencia y conocimiento acumulado por los grupos de investigación. Pero también, y es relevante señalarlo, en una estrategia de colaboración científica, con el apoyo de la estrategia económica y de política científica, al más alto nivel de la big science. Una big biology o “gran biología” que ha sabido establecer los objetivos, los plazos y los procedimientos que requiere la respuesta a semejante desafío.

La investigación en biología está dando un ejemplo que puede extenderse a otros ámbitos, como el económico o el político. Un ejemplo de planificación estratégica, frente al tacticismo y el cortoplacismo; de predominio de la razón y el conocimiento empírico, frente a la ideología y la doctrina; de cooperación y evolución “amable”, orientada al logro de objetivos comunes, frente a la polarización y el enfrentamiento; de sentido de servicio público. En definitiva, de elementos que la política debería incorporar para elevarse a la categoría de big policy que sin duda la ciudadanía acogería con agrado.

Armando Menéndez Viso:

Esta historia de los robles es atractiva por lo que cuenta sobre la cooperación, pero también por el mero hecho de ser historia, en el doble sentido de algo que ha acontecido y de su relato (res gestae e historia rerum gestarum, en términos clásicos). Las ciencias nos revelan las relaciones sistemáticas que conforman nuestro entorno y también nos enseñan su historia.

Sin embargo, es fácil pasar por alto que esto último, es decir, que el mundo natural tiene una historia, no es algo que se haya dado siempre por supuesto. Hasta mediados del siglo XIX el cosmos era algo estático, que había estado permanentemente (o desde la creación) ahí, con la misma disposición y las mismas leyes. Solo cuando aparecen la geología y la biología modernas nuestro horizonte temporal se ensancha hasta límites abrumadores y el mundo que nos rodea aparece también como algo histórico, mutable: desde Lyell y Darwin sabemos que no sólo cambian los seres vivos individuales (que nacen, crecen y mueren) sino también las especies, los montes, los ríos o los mares. Más tarde la astrofísica (o la cosmología) descubrirá que también los astros, y en general el universo en su conjunto, se encuentran en permanente transformación. Todo cambia, no hay nada fijo. Así puede hablarse de una big history, o gran historia, que integra los relatos científicos que nos cuentan cómo es nuestro mundo.

Este descubrimiento tiene implicaciones de hondísimo calado que, aunque se repitan en aulas y medios, no acaban de asumirse por entero. No cabe aquí desarrollarlas todas, pero hay una que interesa especialmente para lo que queremos transmitir: lo que hay en el presente es fruto de lo pasado, irrepetible y, por tanto, frágil. La historia de los robles nos enseña que la fragilidad disminuye con la cooperación y una cierta diversidad. También que cualquier especie tiene un impacto en su mudable entorno, y no solo la nuestra. Esta, nuestra especie, que a través de las ciencias vislumbra el funcionamiento sistemático y la historia de todas las demás, tiene, por eso, una especial capacidad de acción sobre ellas. Esta capacidad implica una gran responsabilidad, lo que significa una magnífica oportunidad de cuidarlas y de escribir un siguiente capítulo de la historia natural más luminoso que el presente.

Emilio Muñoz es investigador ad honorem en el Departamento de Ciencia, Tecnología y Sociedad del Instituto de Filosofía (IFS) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Es socio promotor de la Asociación Española para el Avance de la Ciencia (AEAC) y miembro de su Consejo Consultivo.

Víctor Ladero es investigador en el Departamento de Tecnología y Biotecnología del Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA) del CSIC, y socio fundacional de la Asociación Española para el Avance de la Ciencia (AEAC).

Armando Menéndez Viso es Profesor del Departamento de Filosofía de la Universidad de Oviedo, socio fundacional de la Asociación Española para el Avance de la Ciencia (AEAC) y miembro de su Consejo Consultivo.

Jesús Rey es investigador en el Departamento de Ciencia, Tecnología y Sociedad del IFS-CSIC y socio fundacional y miembro de la Junta Directiva de la Asociación Española para el Avance de la Ciencia (AEAC).

[1] Emilio Muñoz. 2019. Un recorrido por la biotecnología de la mano de Emilio Muñoz. ASEBIO, Asociación Española de Bioempresas. https://asebio.com/sites/default/files/2019-11/Libro Emilio Muñoz.pdf

[2] Emilio Muñoz «La cooperación y el altruismo son dos de los grandes factores de la evolución» https://cadenaser.com/programa/2020/07/18/a_vivir_que_son_dos_dias/1595066726_488636.html

[3] Irene Lozano, “Son molinos, no gigantes”, Ediciones Península, Barcelona, 2020

[4] Castroviejo, S. (Ed.) 1990. Flora Ibérica, vol. II. XLI Fagaceae. Género Quercus, pp. 15-36. Real Jardín Botánico, CSIC, Madrid. http://www.floraiberica.es/floraiberica/texto/pdfs/02_041_03_Quercus.pdf