Karen Warkentin, con botas altas de goma verde oliva, se encuentra en la orilla de un estanque forrado de concreto al borde de la selva tropical panameña. Ella tira de una hoja verde ancha todavía unida a una rama y señala una nidada brillante de huevos gelatinosos. "Estos tipos son incubables", dice ella.
De esta historia
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Una serpiente loro se concentra en los huevos de rana arbórea de ojos rojos, que pueden responder a su enfoque. (Christian Ziegler) 
Un símbolo querido de la biodiversidad, la rana arbórea de ojos rojos, que se muestra aquí en Panamá, ha desarrollado una estrategia flexible para la supervivencia. (Christian Ziegler) 
Huevos de rana un día después de ser puestos. (Christian Ziegler) 
Huevos cuatro días después de la puesta. (Christian Ziegler) 
Los huevos aferrados a una hoja sobre el agua eclosionan. (Christian Ziegler) 
Renacuajos de natación libre. (Christian Ziegler) 
Karen Warkentin dice que las decisiones de comportamiento de los embriones de rana pueden ser más sofisticadas de lo que imaginamos. (Richard Schultz (3)) 
¿Por qué los saltones ojos rojos? Para sorprender a los depredadores para que la rana pueda saltar, los científicos lo llaman "coloración sobresaltada". (Christian Ziegler) 
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Las ranas arbóreas de ojos rojos, Agalychnis callidryas, ponen sus huevos en el follaje al borde de los estanques; Cuando los renacuajos eclosionan, caen al agua. Normalmente, un huevo eclosiona de seis a siete días después de su puesta. Los que señala Warkentin, a juzgar por su tamaño y forma, tienen unos cinco días, dice. Pequeños cuerpos se muestran a través de la membrana transparente llena de gel. Bajo un microscopio, los corazones rojos solo serían visibles.
Se agacha para mojarse la mano en el agua del estanque. "Realmente no quieren salir del cascarón", dice, "pero pueden". Saca la hoja sobre el agua y pasa suavemente un dedo sobre los huevos.
Sproing! Un pequeño renacuajo estalla. Aterriza en la mitad de la hoja, se sacude y cae al agua. Le siguen otro y otro de sus hermanos. "No es algo que me canso de ver", dice Warkentin.
Con solo un movimiento de su dedo, Warkentin ha demostrado un fenómeno que está transformando la biología. Después de décadas de pensar en los genes como un "modelo", las cadenas de ADN codificadas dictan a nuestras células exactamente qué hacer y cuándo hacerlo, los biólogos están llegando a un acuerdo con una realidad confusa. La vida, incluso una entidad aparentemente tan simple como un huevo de rana, es flexible. Tiene opciones. Aproximadamente a los cinco días, los huevos de rana arbórea de ojos rojos, que se desarrollan a tiempo, pueden tomar un camino diferente si detectan las vibraciones de una serpiente atacante: eclosionan temprano y prueban suerte en el estanque de abajo.
La sorprendente capacidad de respuesta del huevo personifica un concepto revolucionario en biología llamado plasticidad fenotípica, que es la flexibilidad que muestra un organismo al traducir sus genes en características y acciones físicas. El fenotipo es casi todo sobre un organismo que no sean sus genes (que los científicos llaman genotipo). El concepto de plasticidad fenotípica sirve como antídoto para el pensamiento simplista de causa y efecto sobre los genes; trata de explicar cómo un gen o conjunto de genes puede dar lugar a múltiples resultados, dependiendo en parte de lo que el organismo encuentre en su entorno. El estudio de la evolución se ha centrado tanto tiempo en los genes mismos que, según Warkentin, los científicos han asumido que "los individuos son diferentes porque son genéticamente diferentes". Pero gran parte de la variación por ahí proviene de los efectos ambientales ".
Cuando una planta de interior produce hojas más pálidas al sol y una pulga de agua produce espinas para protegerse contra los peces hambrientos, muestran una plasticidad fenotípica. Dependiendo del medio ambiente, ya sea que haya serpientes, huracanes o escasez de alimentos, los organismos pueden sacar diferentes fenotipos. ¿Naturaleza o crianza? Pues los dos.
La realización tiene grandes implicaciones sobre cómo piensan los científicos sobre la evolución. La plasticidad fenotípica ofrece una solución al rompecabezas crucial de cómo los organismos se adaptan a los desafíos ambientales, intencionalmente o no. Y no hay un ejemplo más sorprendente de flexibilidad innata que estos huevos de rana: masas ciegas de sustancia viscosa genéticamente programadas para desarrollarse y eclosionar como un reloj. O eso parecía.
Las crías de rana arbórea de ojos rojos esquivaban serpientes hambrientas mucho tiempo antes de que Warkentin comenzara a estudiar el fenómeno hace 20 años. "La gente no había pensado que los huevos tuvieran la posibilidad de mostrar este tipo de plasticidad", dice Mike Ryan, su asesor de doctorado en la Universidad de Texas en Austin. "Estaba muy claro, mientras estaba haciendo su tesis doctoral, que este era un campo muy rico que había inventado por su cuenta".
Karen Martin, bióloga de la Universidad Pepperdine, también estudia la plasticidad de la eclosión. "Incubar en respuesta a algún tipo de amenaza ha sido una idea muy importante", dice Martin. "Creo que fue la primera en tener un muy buen ejemplo de eso". Elogia el esfuerzo sostenido de Warkentin para aprender grandes lecciones de biología de los huevos de rana: "Creo que mucha gente podría haber mirado este sistema y haber dicho: 'Aquí está una especie de cosa peculiar de la que podría sacar algunos papeles, y ahora seguiré adelante y miraré a otro animal. Se dedicó a comprender este sistema ".
La investigación de Warkentin "hace que pensemos más detenidamente sobre cómo los organismos responden a los desafíos incluso muy temprano en la vida", dice Eldredge Bermingham, biólogo evolutivo y director del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI, por sus siglas en inglés) en Gamboa, Panamá. Warkentin, profesora de biología en la Universidad de Boston, realiza sus estudios de campo en STRI. Ahí es donde me mostró cómo convence a los huevos para que eclosionen.
Los renacuajos que saltan de la hoja húmeda todavía tienen una pequeña yema en sus vientres; probablemente no necesitarán comer por otro día y medio. Warkentin sigue frotando hasta que solo quedan unos pocos, escondiéndose obstinadamente dentro de sus huevos. "Continúa", les dice. "No quiero dejarlos aquí solos".
Los últimos renacuajos aterrizan en el agua. Los insectos depredadores conocidos como nadadores de fondo esperan en la superficie, pero Warkentin dice que salvó a los renacuajos de un destino peor. Su madre había errado la marca, colocándolos en una hoja que no alcanzaba el estanque. "Si estuvieran eclosionando en el suelo", dice ella, "entonces serían simplemente comida para hormigas".
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Warkentin nació en Ontario, y su familia se mudó a Kenia cuando tenía 6 años. Su padre trabajó con la Agencia Canadiense de Desarrollo Internacional para capacitar a maestros en el país recientemente independiente. Fue entonces cuando se interesó en la biología tropical, jugando con los camaleones y viendo jirafas, cebras y gacelas en el camino a la escuela en Nairobi. Su familia regresó a Canadá varios años después, pero a los 20 años hizo autostop y viajó de mochilero por África. "Eso era algo que parecía perfectamente razonable en mi familia", dice ella.
Antes de comenzar su doctorado, fue a Costa Rica para aprender más sobre los trópicos y buscar un tema de investigación. Los huevos terrestres de la rana arbórea de ojos rojos llamaron su atención. Ella visitó el mismo estanque una y otra vez y observó.
"Tuve la experiencia, que estoy seguro de que otros herpetólogos tropicales han tenido antes y tal vez no pensaron, si tienes un embrague en la etapa tardía, si te topas con ellos, te eclosionarán", dice Warkentin . "Me topé con un embrague, y todos estaban rescatando".
También había visto serpientes en el estanque. "Lo que pensé fue, wow, me pregunto qué pasaría si una serpiente se topara con ellos", dice, y se ríe. "¿Como, con su boca?" De hecho, descubrió que si aparece una serpiente y comienza a atacar el embrague, los huevos eclosionan temprano. Los embriones dentro de los huevos pueden incluso notar la diferencia entre una serpiente y otras vibraciones en la hoja. "Esta es la cuestión, salir al campo y observar a los animales", dice ella. "Te dirán cosas que no esperabas a veces".
Los biólogos solían pensar que este tipo de flexibilidad obstaculizaba el estudio de la evolución, dice Anurag Agrawal, un ecologista evolutivo de la Universidad de Cornell. No más. Es emocionante que Warkentin haya documentado cosas nuevas y maravillosas sobre una rana carismática, pero Agrawal dice que hay mucho más. "Creo que ella recibe crédito por llevarlo más allá del 'gee whiz' y hacer algunas de las preguntas conceptuales en ecología y evolución".
¿Cuáles son las ventajas de una táctica de supervivencia sobre otra? Incluso una rana de 5 días tiene que equilibrar el beneficio de evitar una serpiente hambrienta con el costo de la eclosión temprana. Y, de hecho, Warkentin y sus colegas han documentado que los renacuajos de eclosión temprana eran menos propensos que sus hermanos de eclosión tardía a sobrevivir hasta la edad adulta, particularmente en presencia de ninfas libélulas hambrientas.
La plasticidad no solo permite a las ranas hacer frente a los desafíos del momento; Incluso podría ganar tiempo para que la evolución suceda. Warkentin descubrió que los renacuajos también eclosionan temprano si corren el riesgo de secarse. Si la selva tropical se volviera más seca, la eclosión temprana podría convertirse en estándar después de innumerables generaciones, y la rana podría perder su plasticidad y evolucionar a una nueva especie de eclosión rápida.
Uno de los pilares del pensamiento evolutivo es que las mutaciones genéticas aleatorias en el ADN de un organismo son la clave para adaptarse a un desafío: por casualidad, la secuencia de un gen cambia, surge un nuevo rasgo, el organismo pasa su ADN alterado al siguiente generación y da lugar finalmente a una especie diferente. En consecuencia, hace decenas de millones de años, algunos mamíferos terrestres adquirieron mutaciones que le permitieron adaptarse a la vida en el océano, y sus descendientes son las ballenas que conocemos y amamos. Pero la plasticidad ofrece otra posibilidad: el gen en sí no tiene que mutar para que aparezca un nuevo rasgo. En cambio, algo en el medio ambiente podría empujar al organismo a hacer un cambio aprovechando la variación que ya está en sus genes.
Sin duda, la teoría de que la plasticidad podría dar lugar a nuevos rasgos es controvertida. Su principal defensora es Mary Jane West-Eberhard, una bióloga teórica pionera en Costa Rica afiliada a STRI y autora del influyente libro de 2003 Plasticidad y evolución evolutiva . "El siglo 20 ha sido llamado el siglo del gen", dice West-Eberhard. "El siglo XXI promete ser el siglo del medio ambiente". Ella dice que el pensamiento centrado en la mutación es "una teoría evolutiva en la negación". Darwin, que ni siquiera sabía que existían genes, tenía razón, dice: lo dejó abierto la posibilidad de que surjan nuevos rasgos debido a la influencia ambiental.
West-Eberhard dice que el grupo de Warkentin "demostró una sorprendente capacidad de pequeños embriones para tomar decisiones adaptativas basadas en una sensibilidad exquisita a sus entornos". Ese tipo de variación, dice West-Eberhard, "puede conducir a una diversificación evolutiva entre las poblaciones".
Aunque no todos están de acuerdo con la teoría de West-Eberhard de cómo la plasticidad podría generar novedad, muchos científicos ahora piensan que la plasticidad fenotípica surgirá cuando los organismos vivan en entornos que varían. La plasticidad puede darles tiempo a las plantas y a los animales para que se ajusten cuando son arrojados a un ambiente completamente nuevo, como cuando las semillas son transportadas a una isla. Una semilla que no es tan exigente con sus requisitos de temperatura y luz podría tener un mejor rendimiento en un lugar nuevo, y es posible que no tenga que esperar a que aparezca una mutación adaptativa.
Además, muchos científicos piensan que la plasticidad puede ayudar a los organismos a probar nuevos fenotipos sin comprometerse por completo con ellos. Eclosión temprana, por ejemplo. Las diferentes especies de ranas varían mucho en la forma en que se desarrollan cuando eclosionan. Algunos tienen una cola achaparrada y apenas pueden nadar; otros son animales de cuatro extremidades completamente formados. "¿Cómo se obtiene ese tipo de variación evolucionada?", Pregunta Warkentin. “¿La plasticidad en el tiempo de eclosión juega un papel en eso? No lo sabemos, pero es muy posible ".
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El pueblo de Gamboa fue construido entre 1934 y 1943 por la Compañía del Canal de Panamá, una corporación del gobierno de los Estados Unidos que controlaba el canal hasta 1979, cuando fue entregado a Panamá. Gamboa, al borde de una selva tropical, es en parte pueblo fantasma, en parte comunidad de dormitorios para la ciudad de Panamá y en parte campamento de verano científico. Muchos residentes son científicos y personal de STRI.
Cuando lo visité, el equipo de Warkentin tenía hasta una docena de personas, incluidos varios estudiantes universitarios a los que se refiere como "los niños". Una mañana, una pandilla de jóvenes de aspecto vigoroso con botas de goma hasta la rodilla, mochilas y sombreros sale del laboratorio y los pasos de Warkentin. al otro lado del campo detrás de la escuela, pasando las canchas de tenis.
James Vonesh, profesor de la Universidad de la Commonwealth de Virginia, que realizó una beca posdoctoral con Warkentin y aún colabora con ella, señala su letrero favorito en la ciudad, un remanente de la era de la Zona del Canal: "Sin cuellos". Está pintado en el frente de Las gradas en la antigua piscina, ahora parte del club deportivo local de bomberos. Luego le explica a uno de los niños lo que significa "cuello".
Caminan por un camino hacia un vivero de plantas nativas, cruzan una zanja en una pasarela y llegan al Estanque Experimental. Fue construido de hormigón según las especificaciones proporcionadas por Warkentin y Stan Rand, un venerado investigador de ranas en STRI, quien murió en 2005.
En el lado opuesto del estanque se encuentra el área de investigación del grupo, delimitada por una zanja en un lado y un arroyo, luego selva tropical, por el otro. Hay un cobertizo con techo de metal con lados abiertos, rodeado de docenas de tanques de ganado de 100 galones utilizados en experimentos. Parecen cubos dispuestos a atrapar una serie de fugas extremadamente grandes. Vonesh habla sobre el sistema de plomería con más entusiasmo de lo que parece posible. "¡Podemos llenar un tanque de ganado en tres o cuatro minutos!", Exclama.
Todo ese llenado rápido significa que los investigadores pueden hacer experimentos rápidos con los que otros ecologistas acuáticos solo pueden soñar. Hoy están desmantelando un experimento sobre depredación. Hace cuatro días, se colocaron 47 renacuajos en cada uno de los 25 tanques junto con una belostomátida, una especie de insecto de agua que se come a los renacuajos. Hoy, contarán los renacuajos para averiguar cuántas comieron las belostomátidas.
Una mariposa morfo azul gigante pasa volando, sus alas iridiscentes son un impactante toque de azul eléctrico contra el frondoso bosque verde. "Vienen, como, el mismo lugar a la misma hora del día", dice Warkentin.
"Juro que veo eso todas las mañanas", dice Vonesh.
"Es el morfo de las 9:15", dice Warkentin.
Warkentin explica el experimento que están terminando hoy. "Sabemos que los depredadores matan presas, obviamente, y también asustan a las presas", dice ella. Cuando los renacuajos recién nacidos caen en un estanque, los insectos acuáticos son una de las amenazas que enfrentan. La plasticidad de los renacuajos podría ayudarlos a evitar ser comidos, si pueden detectar los insectos y responder de alguna manera.
Los ecologistas han desarrollado ecuaciones matemáticas que describen la cantidad de presas que un depredador debería poder comer, y elegantes gráficos muestran cómo las poblaciones aumentan y disminuyen a medida que una come a la otra. Pero, ¿qué pasa realmente en la naturaleza? ¿Importa el tamaño? ¿Cuántos renacuajos de 1 día come un insecto de agua adulto? ¿Cuántos renacuajos más viejos y gordos? "Obviamente, creemos que las cosas pequeñas son más fáciles de atrapar, comer y meter en la boca", dice Vonesh. "Pero realmente no hemos incorporado eso incluso en este tipo de modelos básicos".
Para determinar cuántos renacuajos se comieron, los estudiantes universitarios, estudiantes de posgrado, profesores y un becario postdoctoral tienen que sacar hasta el último renacuajo de cada tanque para contarlos. Vonesh toma una copa de plástico transparente del suelo a sus pies. En el interior hay un insecto de agua que estaba festejando en los renacuajos. "Es un tipo grande", dice. Alcanza un tanque con la red, saca los renacuajos uno o dos a la vez y los coloca en una tina de plástico poco profunda.
"¿Estás listo?", Pregunta Randall Jiménez, un estudiante graduado en la Universidad Nacional de Costa Rica.
"Estoy listo", dice Vonesh. Vonesh inclina el tanque mientras Jiménez sostiene una red debajo del agua que brota. Los chicos miran la red en busca de renacuajos que Vonesh haya perdido. “¿Ves a alguien?” Pregunta Vonesh. "No", dice Jiménez. El agua tarda casi 30 segundos en salir. La mayoría de los investigadores usan botas altas de goma para protegerse contra las serpientes, pero son útiles ya que el suelo se convierte rápidamente en barro.
Una bandada de grillos deambula despreocupadamente por la hierba. "Les gusta comer renacuajos", dice Vonesh. "Les gusta pasar el rato y fingir que están buscando lombrices de tierra, pero tan pronto como le das la espalda, están en tu bañera".
Vonesh lleva su tina de renacuajos al cobertizo donde Warkentin lo fotografía. Un estudiante contará los renacuajos en cada imagen. Insectos y pájaros cantan desde los árboles. Algo cae, tintineo, sobre el techo de metal. Un tren de carga silba desde las vías del tren que corren a lo largo del canal; un grupo de monos aulladores ladra una respuesta estridente de los árboles.
Para científicos como Warkentin, Gamboa ofrece un poco de selva tropical a una hora en automóvil desde un aeropuerto internacional. "Oh Dios mío. Es muy fácil ”, dice ella. “Existe el peligro de no apreciar lo increíble que es. Es un lugar increíble para trabajar ".
Durante el día, las icónicas ranas de ojos rojos no saltan. Si sabe lo que está buscando, puede encontrar ocasionalmente a un hombre adulto aferrado a una hoja como un pastillero verde pálido: piernas dobladas, codos doblados a su lado para minimizar la pérdida de agua. Una membrana estampada como la pantalla de ventana de madera tallada de una mezquita cubre cada ojo.
La verdadera acción es de noche, por lo que una noche Warkentin, Vonesh y algunos invitados visitan el estanque en busca de ranas. Las aves, los insectos y los monos son silenciosos, pero los chirridos y crujidos de los anfibios llenan el aire. El llamado de una rana es un claro y fuerte "¡golpe, golpe!" Otro suena exactamente como una pistola de rayos en un videojuego. El bosque se siente más salvaje por la noche.
Cerca de un cobertizo, una rana arbórea de ojos rojos macho se aferra al tallo de una hoja ancha. Pequeños dedos anaranjados extendidos, muestra su vientre blanco y sus grandes ojos rojos a la luz de múltiples faros. "Tienen estas posturas fotogénicas", dice Warkentin. “Y simplemente se sientan allí y te permiten tomar una foto. No se escapan. Algunas ranas están, como, tan nerviosas ”. Tal vez es por eso que la rana arborícola de ojos rojos se ha hecho famosa, con su imagen en tantos calendarios, sugiero, son más fáciles de fotografiar que otras ranas. Ella me corrige: "Son más lindos".
Los científicos creen que los ancestros de las ranas modernas pusieron sus huevos en el agua. Tal vez la rana arbórea de ojos rojos en sí misma podría haber desarrollado sus hábitos de colocación de hojas como resultado de la plasticidad fenotípica. Tal vez un antepasado incursionó en poner sus huevos fuera del agua, solo en días realmente húmedos, para alejarse de los depredadores acuáticos, una forma plástica de lidiar con un ambiente peligroso, y ese rasgo se transmitió a sus descendientes, que finalmente perdieron la vida. capacidad de poner huevos en agua en absoluto.
Nadie sabe si así fue como sucedió. "Eso fue hace mucho tiempo y ya no es apto para ese tipo de experimentos", dice Warkentin.
Pero están en marcha experimentos intrigantes sobre otro tipo de rana, uno que aún podría estar navegando por la transición entre el agua y la tierra. Justin Touchon, un ex estudiante de doctorado de Warkentin, estudia cómo la rana arbórea de reloj de arena, Dendropsophus ebraccatus, pone sus huevos, que están menos llenos de gelatina y son más propensos a secarse que las ranas arbóreas de ojos rojos. Una rana arbórea hembra de reloj de arena parece elegir dónde poner los huevos en función de la humedad. Touchon descubrió que en los estanques a la sombra de los árboles ponen huevos en las hojas sobre el agua, pero en los estanques más calientes y expuestos, los huevos van al agua.
En un estudio publicado el mes pasado, descubrió que los huevos tenían más probabilidades de sobrevivir en tierra si llovía mucho, y más probabilidades de sobrevivir en el agua si la lluvia era escasa. También examinó los registros de lluvia de Gamboa en los últimos 39 años y descubrió que si bien la lluvia en general no ha cambiado, el patrón sí: las tormentas son más grandes pero más esporádicas. Ese cambio en el medio ambiente podría estar impulsando un cambio en la forma en que se reproducen las ranas arbóreas del reloj de arena. "Da una ventana sobre lo que causó que el movimiento se reproduzca en la tierra", dice Touchon: un clima que cambió para tener mucha lluvia constante podría haber hecho más seguro que las ranas pusieran huevos fuera del agua.
El grupo de Warkentin se basa en la planta baja de la Escuela Primaria Gamboa, que cerró en la década de 1980. Una mañana, Warkentin se sienta en una silla giratoria antigua con brazos polvorientos en un escritorio de oficina retirado, haciendo lo que parece un proyecto de manualidades de la escuela primaria.
En el piso a su izquierda se encuentra un cubo blanco con hileras de rectángulos verdes pegados al interior. Ella se agacha y saca uno. Es un pedazo de hoja, cortado con unas tijeras de una de las plantas de hojas anchas por el estanque experimental, y sobre él hay una nidada de huevos de rana gelatinosa de ojos rojos. Ella arranca una tira de cinta adhesiva y pega el pedazo de hoja en un rectángulo de plástico azul, cortado de un plato de picnic de plástico.
"Se puede hacer una increíble cantidad de ciencia con vajilla desechable, cinta adhesiva y alambre galvanizado", dice ella.
Ella coloca la tarjeta en un vaso de plástico transparente con un poco de agua en el fondo, donde caerán los renacuajos cuando eclosionen, y pasa al siguiente pedazo de hoja. Los renacuajos serán parte de nuevos experimentos de depredación.
Los modelos simples tienen un gran valor explicativo, pero ella quiere entender cómo funciona realmente la naturaleza. "Estamos tratando de lidiar con lo que es real", dice ella. "Y la realidad es más complicada".
