PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

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1 Número 8 Quito, mayo de 2006 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS EACTAS Y NATURALES 1

2 2 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

3 Contenido 2 Editorial Actualidad Científica 3 Genes maternos y genes zigóticos (Eugenia del Pino). 6 Horror!: se pueden hacer copias del ADN total (Paola E. Leone). 9 Estandarización de frecuencias alélicas para población mestiza ecuatoriana a partir de estudios por STRs (César Paz y Miño). 11 La Enfermedad de Chagas y Trypanosoma cruzi: enemigos silenciosos (Sofía Ocaña M. y Mario J. Grijalva). 15 Buddleja está desapareciendo por culpa de pinus (Tjitte de Vries). 19 Sistemas de defensa de plantas: Hay evidencia de la existencia de un sistema inmune? (Ricardo Oliva). 23 Levadura: cuerpo y alma (Javier Carvajal). Curiosidades Científicas La citogenética: un aporte más al conocimiento de los anfibios ecuatorianos (Miryan Rivera). 31 La hormiga argentina en Quito: Qué pasará con las hormigas de la noble raza quiteña? (Juan M. Vieira, Giovanni Onore y Tjitte de Vries). 34 Los bichos acuáticos se asfixian en los ríos ubicados en la altura? (Dean Jacobsen). 38 Control Biológico de Insectos Plaga en Palma Africana en el Ecuador (Jean Louis Zeddam, Melany Ruiz Urigüen y Ma. Gabriela Zambrano). 41 Avances en el conocimiento de las briofitas ecuatorianas (Susana León Yánez y S. Robbert Gradstein). 43 Plantas sagradas y ornamentales andinas (Omar Vacas Cruz). 47 Ecuador: cero en conservación (Néstor A. Acosta Buenaño). 51 La Sucesión De Fibonacci (Baldovino Lamirata Carigli). Gente que hace historia César Enrique Jácome: un secretario de calidad (Alberto Rengifo A.). Noticiencia 56 El consumo de café y la salud (Wendy Heredia). 57 La BALSA de los SAPOS leva anclas (Verónica Cano y Miguel Rodríguez).

4 NUESTRA CIENCIA n.º 8 Quito, mayo de 2006 Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Dra. Laura Arcos Terán, Decana Dr. Renato Valencia R., Director de la Escuela de Ciencias Biológicas. Master Wendy Heredia R., Directora de la Escuela de Ciencias Químicas. Lic. Galo Raza D., Director de la Escuela de Ciencias Físicas y Matemática. CONSEJO EDITORIAL Lic. César Enrique Jácome, Secretario General de la Facultad. Dr. Luis A. Coloma R., Profesor de la Escuela de Ciencias Biológicas. Dra. Eugenia del Pino V., Profesora de la Escuela de Ciencias Biológicas. EDITOR Dr. Alberto Rengifo A., Profesor de la Escuela de Ciencias Biológicas. COLABORARON EN ESTE NÚMERO Lic. Néstor Acosta (Laboratorio de Herpetología) Lic. Verónica Cano (Laboratorio de Herpetología), M. Sc. Javier Carvajal (Laboratorio de Bioquímica), Dra. Eugenia del Pino (Laboratorio de Biología del Desarrollo), Dr. Tjitte de Vries (Laboratorio de Zoología), Dr. S. Robert Gradstein Dr. Mario Grijalva (LIEI, Escuela de Ciencias Biológicas. Departamento de Ciencias Biomédicas, Universidad de Ohio, USA), Master Wendy Heredia R., (CESAC-PUCE) Dr. Dean Jacobsen (Laboratorio de Ecología de Ríos), Dr. Baldovino Lamirata (Escuela de Ciencias Físicas), M. Sc. Susana León (Herbario, QCA), Dra. Paola Leone (Laboratorio de Genética Molecular y Citogenética Humana), Lic. Sofía Ocaña (Laboratorio de Investigación en Enfermedades Infecciosas), Lic. Ricardo Oliva (Centro Internacional de la Papa), Dr. Giovanni Onore (Laboratorio de Entomología), Dr. César Paz y Miño (Laboratorio de Genética Molecular y Citogenética Humana), Dr. Alberto Rengifo (Escuela de Ciencias Biológicas), Lic. Miryan Rivera (Laboratorio de Citogenética de Anfibios), Lic. Miguel Rodríguez (Laboratorio de Herpetología), Melany Ruiz (Laboratorio de Entomología), Lic. Omar Vacas Cruz (Inventario Biológico Yasuní), Juan Manuel Vieira (Laboratorio de Entomología), Ma. Gabriela Zambrano (Laboratorio de Entomología), Jean-Louis Zeddam (Laboratorio de Entomología). ISSN: Todo bien hecho en Imprenta Hojas y Signos ph@hojasysignos.com Uno de tantos riachuelos que se encuentra a lo largo de la carretera entre Loja y Zamora. Foto: Tjitte de Vries Editorial El bien es reconocido cuando es perdido es una de las tantas frases acuñadas por la sabiduría popular para hacernos reflexionar acerca de valorar lo que poseemos, optimizarlo, guardarlo y protegerlo. Precisamente, en el artículo Ecuador: cero en conservación, Néstor Acosta subraya esta cruel realidad: somos un país mendigo, sentado en una mina de oro. En efecto, Acosta señala que Los anfibios (ranas, sapos, salamandras y cecílidos) son un buen ejemplo de la alta biodiversidad del país. Esta diversidad de anfibios coloca al Ecuador como el tercer país con mayor diversidad de anfibios después de Brasil y Colombia, y primero, si se considera su número de especies por unidad de superficie (Cfr., infra, pp ). Qué hace el estado, qué hacen ciertas ONG s para conservar lo que tenemos? La respuesta es nada; por esto, el título de este artículo se justifica plenamente: Ecuador: cero en conservación. Felizmente, la conciencia crítica que poseen los científicos que trabajan en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la PUCE, les motiva a investigar con responsabilidad y a decir las verdades sin miedo ni contemplaciones. Cómo es posible que el Ministerio del Ambiente de nuestro país, no tenga estadísticas oficiales sobre la tala de bosques?, se pregunta Acosta, y anota, proféticamente, que si cada año se deforestan 198 mil hectáreas de bosque, en 65 años, éste pasará a ser historia perdida. Qué hacer? La respuesta es simple y comprometedora: Trabajar intensamente por conocer, divulgar y salvaguardar los recursos naturales del Ecuador (Cfr., infra, p. 50). Justamente, por esto, la misión que se ha impuesto la revista Nuestra Ciencia desde la aparición de su primer número ha sido publicar artículos que participen de esta filosofía de vida. De ahí que los trabajos que hoy publicamos abordan, desde su perspectiva particular, tópicos que están encaminados, de alguna manera a hacernos entender que La única forma de que el país [Ecuador] ejerza soberanía sobre sus recursos naturales es descubriéndolos, catalogándolos, estudiándolos y divulgando el conocimiento (Cfr., infra, p. 50). Este octavo número de Nuestra Ciencia, que mantiene sus cuatro secciones tradicionales: actualidad científica, curiosidades científicas, gente que hace historia y noticiencia, ha sido posible publicarlo gracias a la comprensión, valoración y ayuda económica de las autoridades de la PUCE, al apoyo económico oportuno de Petrobras Energía Ecuador y a la contribución generosa del Herbario QCA. Para todos, nuestra eterna gratitud. Sinceramente, espero que cada uno de los artículos que se publican en este número se constituya en una luz encendida que ni la más total oscuridad pueda extinguirla. Alberto Rengifo A. Editor arengifo@puce.edu.ec

5 Actualidad Científica GENES MATERNOS Y GENES ZIGÓTICOS Por Eugenia M. del Pino (edelpino@puce.edu.ec) Ese día estaba preocupada respecto de mis clases, cuando llegó mi amigo, el artista que a veces me visita para dialogar sobre los avances de la Ciencia. Esta vez traía un cuaderno de dibujo y me contó que estaba haciendo unos bocetos porque planeaba pintar un cuadro sobre el ADN y sobre la expresión génica. Me quedé sorprendida, por decir lo menos, de que su interés por la Biología llegara tan lejos para desear pintar un cuadro sobre temáticas moleculares profundas. Tuve gran recelo respecto de cuáles podrían ser mis comentarios sobre su trabajo creativo, lo cual aumentó mi preocupación. Cuando aún estaba inmersa en estos pensamientos, mi amigo dijo: Qué te pasa?, tienes tal vez una preocupación? Asentí con la cabeza. Qué te pasa? volvió a repetir y continuó: Tú sabes que para eso estamos los amigos para escuchar ya sabes que las penas contadas son aliviadas. Con una amplia sonrisa le dije que, en efecto, estaba preocupada, pero que la causa era la marcha de mis clases ya que no estaba segura de que los estudiantes comprendieran la materia con la debida profundidad. Qué alivio! Me alegro de que no te haya pasado nada fue su respuesta y añadió: Por qué no me explicas sobre tus clases? Veamos si es que yo puedo entender estas temáticas. Ese fue el inicio de una conversación muy grata. Verás, trato de explicar a mis estudiantes sobre los genes maternos y los genes zigóticos. Mi amigo se quedó pensando y dijo: genes maternos genes maternos... Yo sé que en nuestro genoma la mitad de los genes vienen de la madre y la otra mitad del padre. A esto te refieres? Sí, tienes razón. En el genoma la mitad de los genes proviene de cada uno de nuestros progenitores, pero no me refiero a este aspecto de la herencia. En la Biología del Desarrollo se estudian los genes que afectan el desarrollo embrionario temprano. Se ha encontrado en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster genes que se expresan durante la oogénesis y que afectan a los oocitos, es decir a los huevos en formación. Tú sabes que la unión de los dos gametos, el huevo y el espermatozoide, produce una célula llamada zigoto, de la cual se desarrolla el nuevo ser. Antes de que pueda continuar, mi amigo dijo: Ya entiendo los genes zigóticos deben referirse al zigoto. Pero dime Qué se entiende por genes maternos? Qué se entiende por genes zigóticos? Le respondí que, en efecto, los genes zigóticos son la combinación de los genes de la madre y del padre en el nuevo individuo. Su expresión génica, es decir, la producción de moléculas de ARN mensajero y de las respectivas proteínas no se inicia con la fecundación. Nuevamente, me interrumpió: No me digas! No puedo creerlo! Si es que el genoma del zigoto no dirige el desarrollo temprano quién lo hace? Le dije que en diferentes organismos, el genoma del zigoto se activa a diferentes tiempos después de la fecundación. Todo el desarrollo embrionario que ocurre con anterioridad, está dirigido por las moléculas de ARN mensajero y por las proteínas que se acumularon durante la oogénesis en el huevo. Los genes que 3

6 Actualidad Científica Figura 1. Gástrula temprana de la rana dendrobátida Epipedobates anthonyi que muestra la expresión zigótica de la proteína Brachyury, como puntos oscuros, que son los núcleos superficiales positivos alrededor del tapón de yema, que es el área central sin puntos oscuros. Foto: Eugenia M. del Pino se expresan durante la oogénesis son los genes maternos. En tanto que, como te expuse anteriormente, los genes que se expresan en el zigoto son los genes zigóticos. La célula huevo es una maravilla de la naturaleza porque tiene la programación que dirige el desarrollo embrionario temprano y siempre que pienso en la célula huevo y en el proceso de oogénesis me lleno de admiración. Como modelo de estudio de la Genética del Desarrollo se ha analizado a la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. En este organismo se han encontrado genes que afectan el proceso de la oogénesis. Es decir, su actividad resulta en la producción de óvulos normales; mas cuando la actividad de estos genes es alterada por una mutación, los óvulos son anormales y en consecuencia el desarrollo embrionario temprano es también anormal. Antes de que yo pueda seguir con mi exposición, mi amigo exclamó: Ah te refieres a los genes maternos! No pude más que sonreírme, aún cuando su comentario interrumpió el hilo de mis pensamientos, y le manifesté: Sí, veo que ya sabes sobre los genes maternos! Con una expresión de felicidad, replicó mi amigo: Qué interesante! Puede ser que de aquí resulten más ideas para mi lienzo. Yo no quise hablar más sobre su programada obra de arte, así que continué con mi explicación: El desarrollo embrionario temprano depende de la célula huevo, es decir de los transcritos, ribosomas y proteínas acumulados en el óvulo durante el proceso de oogénesis. Para ilustrar gráficamente esta verdad, basta ver los resultados de la activación artificial de un huevo de la rana, en ausencia de la fecundación normal que se da por un espermatozoide. En este caso experimental, el huevo activado inicia sus divisiones, tal como ocurre en el zigoto, después de la fecundación. Pero no hubo fecundación ni la contribución de los genes del espermatozoide. Al cabo de un tiempo, este desarrollo abortivo se detiene. De esta manera se ilustra que el desarrollo embrionario temprano está guiado por las reservas de información que tiene el óvulo. Esta información está dada por moléculas de ARN mensajero sintetizadas durante la oogénesis, denominadas transcritos maternos, así como por las proteínas acumuladas en el huevo y por aquellas que se sintetizan sobre los transcritos maternos. Mi amigo replicó: Qué interesante, prosigue por favor! Así que continué con mi explicación. Las divisiones tempranas en el huevo tanto de la rana como de Drosophila están alteradas, porque no existe la síntesis de nuevas moléculas de ARN mensajero. Es como si el embrión estuviera programado para dividirse y hacer más células. Todos los transcritos, muchas proteínas y toda la maquinaria de síntesis de las proteínas corresponde al equipamiento del que viene dotada la célula huevo. La transcripción de los genes zigóticos se inicia cuando el embrión ya es una blástula y se denomina la transición media de la blástula. En Drosophila tienes el gen Bicoid, el cual es un gen materno que controla el desarrollo anterior de la larva. En su ausencia, la larva carece de partes anteriores y tiene duplicación de las partes posteriores. Mi amigo manifestó: Qué problema, una mosca sin cabeza! Tienes razón le dije pero una mosca así no puede sobrevivir y el embrión muere en etapas tempranas del desarrollo. Del mismo modo, se han aislado otros genes maternos que en cambio afectan el desarrollo posterior de la larva. Mi amigo no dijo nada, pero me miraba con gran interés, así que continué: Todo el desarrollo temprano de Drosophila ocurre guiado por los transcritos maternos. Los genes zigóticos (como te expuse) tienen una expresión más tardía. Antes de que pueda proseguir, mi amigo me dijo: Dame, por favor, el nombre de un gen zigótico y su función. Le respondí que el primer gen zigótico que se activa en el embrión de Drosophila es el gen hunchback y los transcritos de hunchback son traducidos a la proteína hunchback en las regiones anteriores y medias del embrión. En coordinación con la proteína bicoid, traducida sobre los transcritos maternos del gen bicoid, estos dos genes dirigen la primera segmentación del embrión en grandes bandas que luego darán origen a los segmentos de la larva y del embrión. Mi amigo me interrumpió y me preguntó: Podrías señalarme el nombre de un gen materno y un gen zigótico en las ranas? Naturalmente le respondí. El descubrimiento de genes mater- 4 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

7 nos en Drosophila y de sus genes zigóticos ha llevado a que se realice una búsqueda de genes homólogos en otros organismos tales como la rana, el pez cebra, el pollo y el ratón, que son otros organismos modelo de la Biología del Desarrollo. Como sabes, nosotros aquí en el laboratorio de Biología del Desarrollo de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador trabajamos con modelos alternativos del desarrollo embrionario como son la rana marsupial Gastrotheca riobambae y la pequeña rana dendrobátida Colostethus machalilla. En ese instante se escuchó la vocalización de unas ranas en el laboratorio y mi amigo alzó la cabeza y dijo: Claro, las conozco, ahora están croando tus ranas. Sobre la biología molecular de estas ranas sabemos mucho menos le dije. Pero puedo decirte que también tienen genes maternos y genes zigóticos. Recuerdas nuestra conversación hace ya algún tiempo sobre el gen Brachyury? Cómo me voy a olvidar de Brachyury! Me acuerdo, como si fuera ayer, como mi gato, que suponías tenía la mutación de Brachyury y que por eso nació sin cola, podía perseguirle a un ratón también sin cola y que era mutante para Brachyury! (Al terminar esta aseveración comenzó mi amigo a reír de buen grado). Bueno Bueno le dije, fuera de bromas, Brachyury se expresa en el mesodermo prospectivo del embrión de las dos ranas ecuatorianas que estudiamos, como lo hemos demostrado en dos trabajos. Nuevamente, mi amigo interrumpió la conversación y dijo: Ya sé Ya sé! Brachyury es un gen zigótico. Claro, has comprendido muy bien la temática le respondí. Pero replicó él quiero que me des un ejemplo de un gen materno. Debes preguntarle al respecto al licenciado Oscar Pérez, profesor de nuestra Escuela, pues él, desde hace algunos años, en colaboración con el Dr. Richard Elinson de la Universidad de Duquesne en Pittsburg, Estados Unidos de Norte América y la de otros miembros de este laboratorio, estudia el gen VegT. En la rana modelo del desarrollo embrionario, enopus laevis, el gen VegT tiene transcritos maternos y transcritos zigóticos. Es un gen que dirige la formación de las capas embrionarias del mesodermo y el endodermo y tiene importancia también para el desarrollo dorsal del embrión. Qué interesante! exclamó mi amigo, y me pidió que continuase. Así lo hice y enfaticé: El licenciado Pérez ha logrado aislar y secuenciar este gen tanto de la rana Gastrotheca riobambae como de la rana Colostethus machalilla y analiza la expresión materna y zigótica de este gen en estos organismos. VegT por sus estudios aparece como un gen altamente conservado. Este gen tiene gran importancia para el desarrollo no solamente en las ranas sino también en el pez cebra y en el pollo, pero no ha sido encontrado en los mamíferos. Bueno dijo mi amigo está muy claro que los genes maternos significan genes que se expresan durante la oogénesis y que su expresión dirige el desarrollo embrionario temprano. Quién lo diría, pero es así! Los genes zigóticos, en cambio, se expresan en el embrión con cierta demora. Nunca me habría imaginado que el desarrollo embrionario temprano esté dirigido por los transcritos maternos Cada día se aprende algo nuevo! Figura 2. Gástrula tardía de la rana dendrobátida Epipedobates anthonyi que muestra la expresión zigótica de la proteína Brachyury, como puntos oscuros que son los núcleos profundos alrededor del tapón de yema que es el área central de color claro. Enseguida, se despidió y quedamos en vernos otro día para ver sus bocetos artísticos... con gran alivio de mi parte. Y me quedé pensando sobre sus palabras Para qué están los amigos, sino para escuchar. Al explicarle estos temas me sentí contenta y tuve la certeza de que podría transmitirles mi admiración por el desarrollo embrionario a mis estudiantes en la próxima clase. Literatura consultada Benítez, M.-S. and del Pino, E. M. (2002). The expression of Brachyury during development of the dendrobatid frog Colostethus machalilla. Dev. Dyn. 225, del Pino, E. M., Ávila, M. E., Pérez, O. D., Benítez, M. S., Alarcón, I., Noboa, V., Moya, I. M Development of the dendrobatid frog Colostethus machalilla. International Journal of Developmental Biology. 48: Gilbert, S. E Developmental Biology. Séptima Edición. Sinauer Associates, Inc., Sunderland, Massachussetts. Foto: Eugenia M. del Pino 5

8 Actualidad Científica Horror!: Se pueden hacer copias del ADN total Por Paola E. Leone Hace algún tiempo, cuando comencé a hacer mis primeras reacciones de PCR (polymerase chain reaction = reacción en cadena de la polimerasa), recuerdo la preocupación de uno de los jefes del laboratorio cuando pensaba que esta técnica de laboratorio inventada a finales de los años 80 podría permitir que cualquiera copiara el ADN total de su muy protegido banco de ADNs, el cual le había llevado algo más de diez años en recolectar y que lo diferenciaba de otros científicos de su entorno cercano. La PCR es una técnica que permite hacer muchas copias de un segmento específico de ADN, cadn o ARN. Para llevar a cabo la reacción, se necesita el molde que se debe copiar de ADN o ARN, los cebadores que son secuencias cortas (aproximadamente 20 bases) complementarias a los extremos de la secuencia de nuestro interés y que delimitarán a nuestro fragmento, con lo que tendremos dos cebadores: uno que se unirá al extremo 5 (forward) y uno que se unirá al extremo 3 (reverse); para la generación de las nuevas cadenas se necesitará una buena concentración de dinucleótidos (adenina, citosina, guanina y timina), la enzima termoestable que hará el trabajo y como toda reacción contará con un buffer específico para la enzima y agua hasta completar el volumen deseado. Después de 13 años de ese momento de preocupación, previo a que yo fuera a otro laboratorio a aprender la técnica en cuestión, se han desarrollado muchas variantes en la PCR como emplear un solo cebador, utilizar diferentes enzimas termoestables o hacer una long PCR para originar fragmentos muy grandes entre otras. Hacer copias del ADN total comenzó a inicios de los años 90 y actualmente se emplea en las situaciones en las que no se cuenta con suficiente cantidad de ADN por tratarse de muestras pequeñas, de difícil obtención o por la necesidad de tener suficiente material genético para diferentes estudios. La amplificación del genoma total puede hacerse por métodos basados en la PCR; sin embargo, existen problemas de reproducibilidad. Consecuentemente, se han desarrollado otras formas de amplificación que no se basan en la PCR y que pueden generar microgramos a partir de 1-10 copias de ADN. Algunos métodos requieren como molde por copiar cadenas largas de ADN lo que resulta un problema cuando se parte de material archivado o muestras forenses deterioradas. Otra opción, la base de este artículo, es utilizar RCA (rolling circle amplification) con el fago _29 que permite la amplificación isotérmica con alta fidelidad sin necesidad de emplear cebadores o cambios de temperatura, característicos de la PCR (1). Ese jefe de laboratorio podía prever los grandes avances técnicos que se harían para facilitar el trabajo diario en un laboratorio. Así, en relación con las enzimas y las técnicas de ampliación de ADN, uno de los estudios realizados durante un postdoctorado fue la extracción y amplificación de ADN a partir de folículos de ganglio linfático obtenidos mediante microdisección por láser. La microdisección mediante captura por láser (LCM) es una técnica que permite el aislamiento de pequeñas cantidades de material biológico para su análisis individualizado (Fig. 1). Esta metodología obliga a la amplificación del ADN antes de llevar a cabo cual- Figura 1. a. El sistema P.A.L.M. b. La muestra es directamente catapultada dentro de la tapa del eppendorf que contiene buffer de microdisección (EDTA, Tris y Tween 20). 6 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

9 afecta al gen BCL-2, pero genera un nivel alto de expresión de la proteína BCL-2. Con el objetivo de establecer la identificación de la t(14;18) en individuos con LNH en folículos individualizados por LCM se analizaron 6 muestras de nódulos linfáticos incluidos en parafina de 4 pacientes con LNH. Todas las muestras expresaban proteína BCL-2 y muestras se realizó una amplificación del ADN mediante la utilización de la ADN polimerasa del fago _29 (GenomiPhi, Amersham Biosciences) durante 18h a temperatura constante (30ºC) (3). Una vez obtenido el producto de amplificación se utilizó PCR para la detección de reordenamientos de las regiones MBR y mcr de BCL-2; además se realizó Figura 2. Reordenamiento BCL-2/IGH, producto de la t(14;18). Figura 3. a. Folículo antes de la disección. b. Zona diseccionada. quier estudio molecular. La LCM es aplicable a muestras obtenidas a partir de parafina, lo que permite su uso en material archivado. La intención del laboratorio era obtener ADN de folículos de ganglio linfático para identificar la t(14;18) en individuos con linfomas no Hodgkin (LNH). La translocación (14;18)- (q32;q21) es una alteración cromosómica frecuente en LNH, produce la unión del gen BCL-2 (localizado en 18q21) a la región de empalme (JH) de la cadena pesada de la inmunoglobulina (H) (localizada en 14q32). Los puntos de rotura en el segmento 18q21 se han agrupado principalmente en dos regiones: MBR (major breakpoint region) y mcr (minor cluster region) (Fig. 2). Esta translocación no dos casos presentaban reordenamiento BCL-2/IGH, determinado previamente por PCR en muestra total (ganglio). Tras el aislamiento de los folículos mediante microdisección por láser con el sistema P.A.L.M. - (P.A.L.M., Wolfratshausen, Alemania) (Fig. 3), se realizó una digestión con Proteinasa K (2). Para la obtención de una gran cantidad de ADN en todas las una PCR control para el locus de β-globina, empleando cebadores y condiciones de PCR descritas (4). En todas las muestras se obtuvo ADN procedente de folículos incluidos en parafina con un tamaño medio de 0,4 mm 2 (rango de 0,1 mm 2 0,6 mm 2 ). La posterior amplificación mediante el fago _29 permitió la obtención de una media de ng de ADN. En la 7

10 Actualidad Científica Tabla 1. Reordenamiento de BCL-2/IGH en ADN extraídos de muestra total y de muestra parafinada Reordenamiento BCL-2/IGH Caso Muestra Proteína ADN extraído ADN extraído por LCM* BCL-2 de muestra total de muestras parafinadas MBR mcr Control Figura 4. Gel de agarosa 0,8%. 1, 2, 3 y 6 proceden de la extracción de varios folículos BCL-2+ (mediana: 650 ng de ADN), 4 y 5 proceden de un solo folículo BCL-2 + (mediana: 350 ng de ADN). Figura 5. Gel de agarosa 2%. En las muestras 2 (caso 2), 3 y 4 (caso 3) se observa el producto amplificado por PCR, que corresponde al reordenamiento BCL- 2/IGH con punto de corte en MBR. figura 4 se observa la calidad del ADN amplificado de las 6 muestras procedentes de 4 casos de LNH. En 2 de los 4 pacientes analizados se detectó la presencia de reordenamiento BCL-2/IGH. Las muestras que amplificaron para la t(14;18) se observan en la figura 5. Los dos pacientes que presentaban reordenamiento en la muestra de microdisección eran positivos por PCR en el ganglio, mientras que los dos casos sin amplificación de BCL-2 en el producto de microdisección tampoco mostraban esta alteración en la muestra total (Tabla 1). Además, uno de los ADN amplificados se marcó mediante la incorporación de biotina por Nick translation para la posterior realización de Hibridación Genómica Comparada (CGH) a partir de un folículo. El estudio de CGH no detectó cambios a nivel genómico y mostró ser un ADN de buena calidad para ser empleado en esta metodología también. Estos resultados sugieren que el empleo del fago _29 puede ser muy útil para amplificar el genoma completo (5). Horror! o, tal vez, Eureka! Se pueden hacer copias del ADN total. Referencias: 1. Wang G., Brennan C., Rook M., Wolfe J.L., Leo C., Chin L., Pan H., Liu W-H., Price B., Makrigiorgos M. (2004) Balanced-PCR amplification allows unbiased identification of genomic copy changes in minute cell and tissue samples. Nucleic Acids Res. 32(9), e Lehmann, U., Glöckner, S., Kleeberger, W., Feist, H., von Wasielewski, R., Kreipe, H. (2000) Detection of gene amplification in archival breast cancer specimens by laser-assisted microdissection and quantitative real-time polymerase chain reaction. Am. J. Pathol. 156 (6), Hawkins, T.L., Detter, J.C., Richardson, P.M. (2002) Whole genome amplification applications and advances. Current Opinion Biotechnol. 13, Leone, P.E., Pérez, J.C., Morillo, S.A., Paz-y-Miño, C. (2002). Low incidence of follicular lymphoma and t(14;18)(q32;q21) by polymerase chain reaction analysis: observations on Ecuadorian patients. Cancer Genet. Cytogenet. 137, Robledo C., Leone P.E., Flores T., Martín P., Lumbreras E., Hernández J.M., Isidro I.M., Maiso P., García J.L. (2003) Extracción y amplificación de ADN a partir de folículos de ganglio linfático obtenidos mediante microdisección por láser (PO-216). Libro de Resúmenes de LV Reunión Nacional AEHH, p Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

11 Estandarizacio n de frecuencias ale licas para poblacio n mestiza ecuatoriana a partir de estudios por STRs. Por César Paz y Miño (cpazymino@puce,edu.ec) Las investigaciones sobre diversidad genética de las poblaciones del mundo tienen un interés mayor en la actualidad. Los estudios comparativos entre poblaciones son numerosos, frente a los estudios intrapoblacionales. Previamente, habíamos informado sobre las frecuencias de STRs en la población ecuatoriana (1, 2). En el transcurso de estos años, otros investigadores han informado sus resultados de STRs en población del Ecuador: existen cuatro estudios más en relación con la población mayoritaria del Ecuador: el grupo denominado mestizo. Los resultados difieren en el número de individuos de cada muestra, en los STRs utilizados, en los alelos y sus frecuencias. Este hecho nos condujo a buscar una estandarización de los resultados informados y a tratar de explicar las variaciones. Nuestras muestras de ADNs, coincidencialmente, son las mayores estudiadas para la población mestiza ecuatoriana. Los ADNs se obtuvieron de sangre periférica de 404 individuos no emparentados del grupo étnico mestizo, se excluyó a los negros, indios, blancos, asiáticos, cuacasoides y otros. El ADN fue extraído y preparado con kits y con la metodología modificada de Maniantis (3), que manejamos en el laboratorio. Una vez determinada la pureza y concentración del ADN, se realizaron PCRs para amplificar 17 marcadores STRs, ubicados en los distintos cromosomas: DED3S1358, HUMTH01, D21S11, D18S51, PENTA E, D5S818, D13S317, D7S820, D16S539, CSF1PO, PENTA D, VWA, D8S1179, TPO, FGA, F13A1, FES/FPS. Cada resultado fue documentado. Las frecuencias alélicas fueron procesadas mediante PowerStatsV12.xls (4) y luego fueron comparadas con las obtenidas en estudios previos realizados también para población mestiza ecuatoriana (5, 6, 7, 8). El procedimiento para estandarización de los datos fue realizar simples comparaciones entre las frecuencias alélicas. Las frecuencias que coinciden en ser las más altas para el mismo alelo fueron estandarizadas realizando la media aritmética de sus valores absolutos. Los resultados muestran que en 8 STRs las frecuencias coinciden en ser las más altas para el mismo alelo (Ver tabla 1). Con los otros 9 STRs no se presenta este tipo de coinciden- Tabla 1. Comparación y estandarización de 8 STRs para los alelos que muestran coincidencias en sus frecuencias más altas en cinco estudios realizados en población mestiza ecuatoriana LOCUS Alelo Paz-y-Miño Gómez Sánchez González- Fernández- Media Andrade Rosado D21S D18S PENTA E D5S PENTA D VWA D8S TPO : No hay valor de referencia. x: promedio 9

12 Actualidad Científica Tabla 2. Cotejo de los datos de alelos para 9 STRs que no muestran coincidencias en sus frecuencias más altas en cinco estudios de población mestiza ecuatoriana LOCUS Paz y Miño Gómez Sánchez González- Fernández- Andrade Rosado D3S (0.216) 15(0.424) - 15(0.457) 15(0.446) THO1 6(0.261) 6(0.372) 5(0.339) 6(0.331) 7(0.340) D13S317 12(0.276) (0.174) 12(0.221) 12(0.237) 9(0.213) D7S820 12(0.352) 11(0.316) 11(0.296) 10(0.278) 10(0.263) D16S539 12(0.214) 10(0.830) 12(0.267) 12(0.262) 11(0.253) CSF1PO 11(0.301) 12(0.381) 11(0.308) 12(0.357) 11(0.333) FGA 23(0.226) 23(0.119) - 23(0.116) 24(0.206) F13A1 5(0.214) - 4(0.224) - - FES 10(0.242) : No hay valor de referencia. Dentro del paréntesis: Frecuencia alélica. Fuera del parentesis: Alelo cia, por lo que no se los puede someter a estandarización alguna (Ver tabla 2). Si bien se da por hecho que el 75% de la población ecuatoriana es mestiza, y que son el resultado de un cruce entre españoles y amerindios (9), la variabilidad de resultados en los estudios realizados para muestras de una misma población, podría atribuirse a una diversidad genética mayor, a la tradicionalmente descrita para españoles y amerindios. La población mestiza ecuatoriana debería ser considerada no como dihíbrida sino como polihíbrida. El origen de este polihibridismo es complejo y se necesitan más estudios para llegar a conclusiones reales. Los datos históricos están a favor de un origen múltiple de la población ecuatoriana con asentamientos poblacionales que datan de 11 mil años a.n.e. Hay evidencias sobre cruces con otras poblaciones provenientes de Asia, Oceanía, China y Nórdica (9). El origen de la población mestiza ecuatoriana no puede ser dilucidado bajo una perspectiva netamente histórica ni únicamente molecular, pues se necesita de ambos parámetros para reconstruir la historia de la evolución humana y el origen de las poblaciones. Sin embargo, la aplicación de este estudio, facilitaría el análisis de la población mestiza ecuatoriana si se parte de los datos estandarizados de los STRs que presentan coincidencias en los alelos con frecuencias más altas, para luego analizar los variables. Referencias 1. Paz y Miño, C Resultados Preliminares de la frecuencia de STRs en la población ecuatoriana. Nuestra Ciencia, n.º 3: Paz y Miño, C Caracterización de secuencias de ADN repetidas en tandem (STRs) en población mestiza ecuatoriana. Nuestra Ciencia, n.º 7: Gómez M, Peñaherrera M, Aguirre-Tello V, Vela-Cavinato M, Giovambattista G. Allelle Frequencies of 15 STR loci in the Quito city Population, Ecuador (J. Forensic Sci-enviado a consideración). 4. Sánchez D., González-Andrade F., Martínez Jarreta B. Population Genetics of 12 STR Loci in a Simple of Mestizos from Ecuador (South America). J Forensic Sci 2003; 48(2): González-Andrade F., Sánchez D., Martínez-Jarreta B. Genetic Profile of the Ecuadorian Mestizo population (Ecuador-South America) by using the Power Flex 16 System Kit. Forensic Sci 2003; 135: Fernández-Rosado F., Martínez- Espín E., Rodríguez T., Entrala C., Alvarez J.C., Lorente J.A., Budowle B., Villanueva E. Population Data of Ecuador for Fifteen STR Loci (POWERPLETM16). J Forensic Sci 2002; 48(1): Paz-y-Miño C. Genetic Services in Ecuador. Community Genet 2004; 7: Cavalli-Sforza, L.L., Menozzi, P., Piazza, A. The History and Geography of Human Genes. Princeton University Press. Princeton- USA Salazar, E. El Hombre temprano en la región del Ilaló, Sierra del Ecuador. Universidad de Cuenca, Cuenca, Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

13 La Enfermedad de Chagas y Trypanosoma cruzi: Enemigos silenciosos Por Sofía Ocaña M. y Mario J. Grijalva (sbocana@puce.edu.ec) (grijalva@ohio.edu) La Enfermedad de Chagas, conocida también como tripanosomiasis americana, es una de las enfermedades parasitarias más importantes de Latinoamérica. Esta enfermedad es causada por el protozoario hemoflagelado Trypanosoma cruzi (Fig. 1a), y es transmitida, principalmente, por las heces de insectos de la subfamilia Triatominae; estos vectores son conocidos en el Ecuador como chinchorros o chinches caballo (Fig. 1b). La segunda ruta más común de transmisión es mediante Fotos: Esteban Baus las transfusiones de sangre (Grijalva et al., 1995). Ésta es una enfermedad silenciosa, ya que sus síntomas no se expresan sino después de 5 a 20 años de producida la infección. Durante la infección aguda, se presentan síntomas como el malestar general y la fiebre que fácilmente se podrían confundir con otras enfermedades comunes. Luego viene una fase indeterminada en la que no se presentan síntomas y, finalmente, durante la fase crónica, se produce un daño paulatino en el corazón y en el sistema digestivo. Debido a estas características, la mayoría de los afectados con la Enfermedad de Chagas no reciben un diagnóstico oportuno. Al no contar con un diagnóstico, no se aplica el tratamiento médico y por lo tanto la enfermedad avanza hasta su estado crónico. Chagas es una enfermedad conocida por los investigadores, ignorada por mucho tiempo por las autoridades de salud y completamente desconocida por las poblaciones afectadas. Pero, qué hace resultado de complejas interacciones entre parásitos, insectos vectores y mamíferos reservorios, en los que se incluye el hombre. La transmisión del parásito se ve favorecida por la influencia de varios determinantes como la distribución de las poblaciones humanas, la colonización de áreas de bosque, deforestación, cambios medioambientales (ligados al desarrollo de actividades económicas), condiciones de las viviendas, y de otros patrones sociales y culturales (Abad-Franch y Aguilar, 2003). El no conocer cuál es el rol epidemiológico y ecológico de todos los actores (parásito, insecto vector y reservorios) nos impide desarrollar las herramientas necesarias para prevenir la transmisión de la Enfermedad de Chagas en las provincias del Ecuador, en las cuales se presenta como endémica. Figura 1 a) Trypanosoma cruzi (tripomastigote), parásito causante de la Enfermedad de Chagas. b) Panstrongylus howardi uno de los principales vectores transmisores de la enfermedad de Chagas en Ecuador. que esta enfermedad sea tan compleja? La respuesta no es sencilla. Se considera que su impacto social y económico supera los efectos combinados de otras enfermedades parasitarias como la malaria, leishmaniasis y esquitosomiasis (Dias y Schofield, 1999). Uno de los principales problemas es la falta de conocimiento sobre los factores biológicos relacionados con esta enfermedad y esto se debe, básicamente, a que su transmisión es el Qué pasa en el Ecuador? Se calcula que en el país existe una prevalencia del 1.37% ( personas aproximadamente) y al menos 3 millones de personas viven en riesgo de contraer esta enfermedad, siendo la cardiomiopatía chagásica la forma crónica dominante en el país (Aguilar et al., 2001; Abad-Franch et al., 2001). Esto convierte a Chagas en un problema de salud pública tan importante como la malaria o el dengue. Sin embargo, hasta el momento no está considerada dentro de las enfermedades prioritarias en las políticas estatales. Por estas razones, el Laboratorio de Investigación en Enferme- 11

14 Actualidad Científica dades Infecciosas (LIEI) de la PUCE ha realizado, durante los últimos 6 años, investigaciones para buscar las respuestas a importantes interrogantes relacionadas con la enfermedad de Chagas, tales como: cuál es el porcentaje de la población afectada en las provincias endémicas para esta enfermedad?, cuáles son las especies de vectores que están involucrados en la transmisión activa de la enfermedad?, qué especies de mamíferos pueden ser importantes como bodegas del parásito y por ende de la enfermedad?, qué cepas del parásito circulan en el país? Muchas de estas preguntas han sido respondidas, al menos parcialmente. Por ejemplo, se encontró que el 3.8% de un total de personas examinadas de 30 comunidades rurales en Manabí (Grijalva, datos no publicados), el 3.9 % de un total de muestras analizadas en 5 comunidades rurales de Loja (Grijalva et al., 2004) y el 2.9% en la Amazonia (Grijalva et al., 2003) son seropositivos para la presencia de anticuerpos anti-t. cruzi, lo que representa un indicativo de la infección. Se analizó, también, los factores de Figura 2. Construcción típica de vivienda en áreas endémicas en las que se desarrolla la Enfermedad de Chagas. Los materiales con la que es construida favorecen el establecimiento de los vectores y son consideradas como factores de riesgo en la transmisión de la enfermedad (Provincia de Loja). Foto: Archivo LIEI riesgo que influyen en la persistencia de la infección y se encontró que las condiciones socio-económicas (tipo de construcción de viviendas, educación, entre otros) son factores que están relacionadas con la incidencia de la enfermedad (Fig. 2). También se halló que especies de vectores antes considerados secundarios están jugando un rol importante en la transmisión activa. Además, reportamos que especies de mamíferos sinantrópicos, como las ratas, son reservorios importantes del parásito y que deben ser tomados en cuenta en los programas de control de la enfermedad por la alta incidencia de infestación con tripanosomas que presentan. Sin embargo, quedaban otros aspectos que debían ser abordados, como por ejemplo resolver la duda de qué pasa con las poblaciones del parásito y qué relación tienen con los ciclos de transmisión activa en Ecuador? Genéticamente, qué tan similares o distintos son los parásitos aislados de diferentes provincias del país? Si bien estas preguntas requieren un estudio a largo plazo, nos planteamos como meta inmediata el establecer, a un nivel general, el estado de las poblaciones en lo que respecta a su relación con las especies de los hospederos en donde se los encontró (vectores, mamíferos), el hábitat en donde fueron colectados, la ubicación geográfica y las relaciones genéticas entre los aislados obtenidos. Los ciclos de transmisión de la Enfermedad de Chagas: su complejidad e influencia El ciclo silvestre de la Enfermedad de Chagas involucra la interacción entre vectores silvestres y los reservorios dentro de los ecotopos naturales. En este caso se produce un balance ecológico entre el parásito, el vector y el reservorio debido a que la co-evolución ha hecho que los parásitos no produzcan daño a los vectores y reservorios. En cambio, el ciclo doméstico es el resultado del contacto entre los vectores y los humanos, y está influenciado por una serie de modificaciones ecológicas en el ambiente, en este caso el parasitismo causa la enfermedad en las personas y las interacciones entre los ciclos doméstico y silvestre son el producto de factores que dependen básicamente del comportamiento humano (Dias, 1992). Un claro ejemplo es la intervención humana en áreas de bosque, en este caso los vectores que usualmente se alimentaban de la sangre de mamíferos silvestres tienen a disposición una nueva fuente de alimento: los humanos y los animales domésticos. En este momento se produce un vínculo entre los ciclos de transmisión doméstica y silvestre a través de los vectores que pone en riesgo de infección a la población (Fig. 3). Las interacciones entre reservorios y vectores también juegan un papel importante en los ciclos de transmisión. En el ciclo doméstico, los humanos y los animales domésticos son las principales bodegas de los parásitos y el riesgo se incrementa con la presencia de 12 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

15 mamíferos sinantrópicos como las raposas y ratas que se encuentran infectadas y que frecuentemente invaden las áreas domésticas y peridomésticas, aumentando la posibilidad de infección con T. cruzi. Las aves no son consideradas como reservorios debido a que no son susceptibles a la infección por T. cruzi; sin embargo, juegan un rol importante en la ecología de la Enfermedad de Chagas debido a que son una de las principales fuentes de alimento de la mayoría de especies de triatominos (Dias, 1992). Buscando en el genoma Existen varias fuentes para obtener información biológica, sin embargo el ADN es una de las fuentes más importantes y de la que se pueden obtener datos tan específicos como variados. Por esta razón decidimos utilizar al genoma como fuente de información para conocer lo que está pasando con el parásito. Como primer paso debíamos obtener los parásitos, para esto realizamos largas salidas de campo a distintas comunidades de las provincias de Manabí, Loja, Guayas y a la Amazonia; en estos sitios, además de obtener la información biológica conocimos la realidad social en la que vive la gente de estas comunidades. Esa experiencia nos permitió entender a un nivel más que profesional, humano, las razones y el porqué todos estos estudios y sacrificios valen la pena. Con la ayuda de voluntarios, especialmente jóvenes, se realizó la captura de los mamíferos. Personal del Programa Nacional de Chagas del Servicio Nacional de Erradicación de la Malaria (SNEM) colaboró en las búsquedas activas de los vectores en cada una de las viviendas de la comunidad. Una vez colectados, los animales fueron procesados y se obtuvo ADN de las muestras de sangre de los mamíferos y las muestras de heces de los vectores. Con este material, se realizó la amplificación de ciertas Figura 3. Interacción entre el ciclo de transmisión doméstico y silvestre del parásito T. cruzi. 1-4 transmisión silvestre entre triatominos y mamíferos silvestres. 5-6 transmisión domiciliar/peridomiciliar entre triatominos, humanos y mamíferos domésticos (Zeledón, 1974). El punto de enlace entre ambos ciclos constituyen, principalmente, los vectores que colonizan las viviendas, pero también puede estar influenciado por la presencia de mamíferos silvestres en zonas de asentamientos humanos. regiones del genoma mediante la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Para este estudio escogimos tres marcadores moleculares: el espacio intergénico del mini-exón (NTS-ME), el minicírculo del kinetoplasto (kadn) y microsatélites polimórficos. El NTS-ME es una secuencia que nos permite identificar el linaje al que pertenece un aislado de T. cruzi y relaciona cada linaje con una forma de transmisión (el linaje TC I se relaciona con el ciclo de transmisión silvestre y el linaje TC II con el ciclo de transmisión domiciliar). La relación entre los ciclos de transmisión y ciertos aspectos ecológicos y sociales es importante y debe ser analizado para tener un enfoque global de la influencia de los parásitos en la epidemiología de la enfermedad. Con los antecedentes sobre la influencia de los ciclos de transmisión, comparamos la información molecular y la relacionamos con las características de los ciclos de transmisión en el Ecuador. Los resultados que encontramos fueron muy interesantes. Se vio que en nuestro país los ciclos de transmisión no están claramente separados, es decir, encontramos infección con el linaje silvestre (TC I) en animales considerados dentro del ciclo doméstico como las ratas. También encontramos un alto porcentaje de infecciones mixtas con TC I y TC II. Esto indica que se está produciendo una conexión entre ambos ciclos lo que puede tener consecuencias epidemiológicas importantes. Por ejemplo, esto puede estar influenciando en los síntomas que presenta la enfermedad en su fase crónica. Esto también indica que las acciones de control deben contemplar, además de un control de los vectores, una vigilancia para detectar nuevos brotes. Si se elimina la transmisión domiciliaria en un área, la misma puede ser re-invadida por vectores que introduzcan nuevamente el parásito al infectar a nuevas especies de reservorios o vectores relacionadas con los asentamientos humanos. Ahora, nos gustaría saber, por ejemplo, cómo influye este escenario ecológico en la sintomatología y en la respuesta a los tratamientos aplicados? Esta es una pregunta, de las tantas, para la que aún no tenemos la respuesta; por esto, seguimos investigando. 13

16 Actualidad Científica Si encontramos diferencias en cuanto a la relación de los parásitos con sus hospederos, qué diferencias existen entre los diferentes aislados de parásitos? Para responder esta pregunta analizamos las muestras con tres microsatélites polimórficos, y encontramos un indicio interesante. Los análisis estadísticos mostraron que los aislados de las provincias de Orellana y Loja se encuentran genéticamente más relacionados que las muestras de provenientes de Manabí. Este resultado llamó la atención debido a que Orellana y Loja se encuentran geográficamente distantes y separadas por la cordillera de los Andes. Una posible explicación a este resultado es que desde los años 60 se ha dado un movimiento migratorio significativo hacia la región amazónica, desde diferentes zonas del país, incluyendo áreas consideradas endémicas para la Enfermedad de Chagas; y posiblemente personas infectadas llevaron el parásito hacia zonas de la Amazonia (Grijalva et al., 2003). Otro de los problemas asociados a este parásito es la confusión en el diagnóstico. Esto se produce principalmente por la presencia de otra especie de trypanosoma que también es importante, esta especie es Trypanosoma rangeli. La importancia de este parásito, a pesar de no ser patógeno para el hombre, radica en que comparte con T. cruzi su distribución geográfica y especies de hospederos (reservorios y vectores). Más aún, existen muchas similitudes moleculares que hacen que estas infecciones no puedan ser diferenciadas mediante pruebas serológicas para diagnóstico. En este caso el análisis del kadn nos permitió confirmar la presencia de T. rangeli en las mismas áreas de distribución de T. cruzi y compartiendo especies de vectores. Esta información es valiosa y debe ser considerada por los centros médicos de diagnóstico para que se realicen pruebas de confirmación utilizando, de preferencia, análisis moleculares. Conclusión Estos resultados nos indican que la situación epidemiológica de Chagas en el Ecuador está influenciada tanto por factores sociales como por factores biológicos y por tanto debe ser abordada de forma global, con un enfoque ecológico y molecular de todos los componentes (parásito, vector y resevorio) sin olvidar que tenemos la responsabilidad moral de sumar esfuerzos para mejorar el nivel de salud y vida de las poblaciones afectadas por esta enfermedad. De ahí que el objetivo a largo plazo del LIEI es buscar e investigar toda la información biológica necesaria para plantear, mejorar y establecer programas de control integrales que lleven a la erradicación de la enfermedad de Chagas en Ecuador. Literatura citada Abad-Franch, F., Aguilar, H.M Control de la Enfermedad de Chagas en el Ecuador. Organización Panamericana de la Salud - Ministerio de Salud Pública del Ecuador, 146 pp. Abad-Franch, F., Paucar, A., Carpio, C., Cuba-Cuba, C.A., Aguilar, H.M., Miles, M.A Biogeography of Triatominae (Hemiptera: Reduviidae) in Ecuador: Implications for the design of control strategies. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz 96: Aguilar, H.M., Abad-Franch, F., Guevara, A.G., Racines, V.J., Briones, L.B., Reyes, L.V Guía operacional para el control de la enfermedad de Chagas en el Ecuador. FASBASE, MSP. Quito, Ecuador. Dias, J.C.P., Schofield, C.J The Evolution of Chagas Disease (American Trypanosomiasis) Control after 90 Years since Carlos Chagas Discovery. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz 94: Dias, J.C.P Epidemiology of Chagas disease. En: Chagas Disease-American Trypanosomiasis: its impact on transfusion and clinical medicine. Wendel S., Z. Brener, Camargo M.E., Rasso A (Edts.). ISTB, Sao Paulo, Brazil. Grijalva, M. J., Rowland, E. C., Powell, M. R., McCormick, T. S., Escalante, L Blood donors in a vector free zone of Ecuador are potentially infected with Trypanosoma cruzi. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene 52(4): Grijalva, M.J., Palomeque-Rodríguez, F., Costales, J.A., Dávila, S., Arcos- Terán, L High household infestation rates by synanthropic vectors of Chagas disease in Southern Ecuador. Journal of Medical Entomology 42: Grijalva, M.J., Escalante, L., Paredes, R.A., Costales, J.A., Padilla, A., Rowland, E.C., Aguilar, H.M., Racines, J Seroprevalence and risk factors for Trypanosoma cruzi infection in the amazon region of Ecuador. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene 69: Zeledón, R Epidemiology, modes of transmission and reservoir hosts of Chagas Disease. In Trypanosomiasis and Leishmanasis with special reference to Chagas disease, Ciba Foundation Symposium 20 (new series), pp Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

17 BUDDLEJA ESTÁ DESAPARECIENDO POR CULPA DE PINUS Las plantaciones de pino y el calentamiento global cambian el páramo. Por Tjitte de Vries (tdevries@puce.edu.ec) 15

18 Actualidad Científica Figura 1. El cuadrante 1 en 1976 con pinos recién sembrados, vestigios de arado visibles. Tabla 1. Cambios y disminución de especies en el cuadrante 1 Años Árboles y arbustos: Baccharis latifolia Baccharis sp. Berberis sp. Margyricarpus setosus (pinnatus) Myrica parvifolia Pernettya prostrata Pinus radiata Vaccinium floribundum Hierbas graminícolas: Aegopodon cenchroides Anthoxanthum odoratum Calamagrostis intermedia Cortaderia nítida Festuca sp. Stipa sp. Poaceae sp. 1 sp. 2 sp. 3 sp. 4 sp. 5 sp. 6 Otras hierbas: Asteraceae sp. 1 sp. 2 Bidens humilis Bidens sp. Caryophyllaceae Cerastium sp. Chrysanthemum cinerariifolium Eryngium humile Geranium chilloensis Geranium sp. Gnaphalium sp. Hydrocotile bonplandii Hypericum cf. indecorum Hypericum sp. Hypochoeris sp. Lachemilla sp. Lupinus sp. Plantago sp. Rumex acetosella Senecio chionogeton Verónica sp. No identificado Total de plantas vasculares Musgos, líquenes y hongos terrestres: Anacolia laevisphaera Boletus sp. Cladonia sp. 1 sp. 2 Dictionemia pavonia Lycoperdon sp. Polytrichium juniperinum Stereocaulon cf. myriocarpum Thuidium peruvianum Liquen sp. Musgos epifíticos: Evernastrum sp. En los años 1976, 1990, 1991 y 2005 no se analizaron los musgos, líquenes y hongos Treinta años ( ) de estudios de la dinámica de la vegetación del páramo arbustivo del Cotopaxi nos indican el efecto causado por los bosques de pino sobre los árboles nativos y las plantas herbáceas; mientras que alteraciones adicionales, en áreas no intervenidas por el hombre, nos hacen sospechar una reorganización ecológica causada por el calentamiento global. El paisaje andino ecuatoriano cambió con la introducción del eucalipto y el pino; en efecto, la entrada del Parque Nacional Cotopaxi sorprende al presentar el ambiente del hemisferio norte con el bosque de Pinus radiata, una especie originaria de los Estados Unidos. Pero sólo ha cambiado el paisaje? Qué pasó con las plantas herbáceas situadas en la sombra del bosque? En 1976 iniciamos un estudio de la vegetación en el páramo a 3350 msnm, en un área que fue usada entre para el cultivo de Piretro (Chrysanthemum cinerariifolium); en ese año (1976) se sembraron pinos en el sitio de nuestro estudio. Los vestigios del arado se notan claramente en la figura 1. Este mismo cuadrante contaba en 1979 con 25 plantas vasculares, cuatro especies fueron abundantes (Caryophyllaceae, Poaceae (2 especies) y Rumex acetosella), con seis plantitas de pino entre m de altura (L. Avilés, 4 Septiembre 1979; Tabla 1). En 1982, quisimos saber cómo se recupera la vegetación parameña en esta área intervenida; por esto, instalamos tres cuadrantes adicionales en áreas cercanas, no intervenidas, dominadas por árboles de Quishuar (Buddleja incana), Pumamaqui (Oreopanax sp.), Sacha capulí (Vallea stipularis) y Rapanea sp., todos árboles nativos (Balslev y de Vries, 1982). El contraste es grande: cuadrante 1, el intervenido, tenía 19 especies de plantas vasculares (además, 10 especies de musgos, líquenes y hongos terrestres y una especie de musgo epifítico); el no intervenido, el cuadrante 2, contó con 64 especies de plantas vasculares (y 8 especies de musgos, líquenes y Foto: Tjitte de Vries 16 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

19 Foto: Tjitte de Vries Figura: C. Altamirano, A. Bastidas, R. Benítez y A. Carvajal Figura 2 a. El cuadrante 1 en 2005, después de la tala del bosque de pino; el pino más grueso talado tenía 60 cm de diámetro (en la esquina izquierda, arriba). Figura 2b. Gráfico de cobertura de especies vegetales del cuadrante 1. hongos terrestres y 10 especies de musgos y líquenes epifíticos). El gran total: 30 versus 82 especies; en ambos sitios en 10 x 10 m. En 1982, en el cuadrante 1, las gramíneas Aegopogon cenchroides y Anthoxanthum oderatum y Rumex acetosella (las tres consideradas malas hierbas, por crecer en tierras alteradas) eran las más afectadas entre las especies dominantes, con el arbusto enano Margyricarpus setosus, disperso en todo el cuadrante y el musgo Polytrichium juniperinum con una cobertura de sobre el 25 %. El más grande de los seis pinos llegó hasta 6 metros. En 1990 y 1991, las plantas vasculares disminuyeron a 12 y 14 especies, respectivamente (Bliemslieder, 1992; Tabla 1). Rumex y musgos y líquenes se mantienen, como también gramíneas y Pernettya prostrata y Margyricarpus. En 2005 (22 de octubre) poco ha cambiado, las especies mencionadas anteriormente están presentes, manteniéndose durante todos estos treinta años; se presentan dos especies no vistas antes: Eryngium humile y Senecio chionogeton. Ciertos cambios tienen relación con el desarrollo del bosque de pino que fue talado en 2004 (después de 24 años que fue plantado). El árbol de pino más grueso, encontrado cortado en el cuadrante, tenía 60 cm de diámetro al nivel del piso (Fig. 2a y 2b) En el cuadrante 2, en un área no intervenida en 1982, el número de especies de plantas vasculares también disminuyó: de las 61 especies en 1982 a 42 en 1990; 34 en 1991 y 20 en Después de 1991, en este cuadrante fueron plantados pinos; en 2005, encontramos 13 árboles con alturas entre m, que, sin duda, alteran más esta área no intervenida previamente. Figura 3. Las que se van.... Altensteinia virescens y Rubus glabratus. El árbol de Buddleja incana creció hasta 6 m (en 1982 tenía 3 m) y arbustos como Berberis sp., Brachyotum ledifolium, Gynoxys buxifolia, Hypericum laricifolium, Monnina crassifolia, Pernettya prostrata, Rubus sp., Vallea stipularis y Muehlenbeckia tamnifolia (una trepadora) se mantienen; todas son plantas típicas para el páramo arbustivo (Fig. 4 y 5). Las que se van... son especies de orquídeas terrestres (Fig. 3). Estas plantas asoman y florecen muy periódicamente. Sus bulbos quedan bajo tierra, pero en los úl- Fotos: Tjitte de Vries 17

20 Actualidad Científica Figura 5. Gráfico de cobertura de especies vegetales del cuadrante 4. timos años no han asomado. Será por el calentamiento global? Serán las orquídeas del páramo como los jambatos, una señal de extinción? También, entre los arbustos desaparecieron especies : Baccharis spp., Coriaria ruscifolia, Myrica parvifolia y Salpichroa difusa (una trepadora). Durante una generación (24 años, ) de Pinus radiata, el suelo queda con musgos, líquenes, gramíneas, Rumex, Bidens humilis, Lachemilla, Lupinus, todas Figura: M. V. Suárez y S. Ribadeneira especies de áreas abiertas. La pérdida de las especies parameras será el equivalente de las ganancias de ACOSA S.A. en xxx metros cúbicos de madera de pino? Nos preguntamos: la siguiente generación (ciclo de cosecha) durará menos que 24 años? Será el crecimiento de los árboles de pino más rápido por el aumento de la concentración del dióxido de carbono? El año 2030 nos dará las respuestas. Es llamativo que en el área no intervenida, también haya disminución de especies, en las diferentes formas de vida, entre arbustos y plantas herbáceas (42-34 especies en y 20 en 2005). Esta desaparición no es una extinción global. Tenemos que instalar más cuadrantes permanentes para averiguar cuán local puede ser esta desaparición; pero el cuadrante 3 en áreas no intervenidas demuestra la misma tendencia de pérdida: en 1982 con 68 especies; en 1991 con 44 y en 2005 con 21 especies de plantas vasculares. Algo pasa en el páramo! El Quishuar (Buddleja incana) está desapareciendo debido al desarrollo del pino(pinus radiata), y lo peor es que esta situación está patrocinada por el hombre y su economía. El páramo pierde especies (no solamente el Jambato; Fotos: Tjitte de Vries Pounds et al., 2006). Será por el calentamiento global causado por el hombre, quien al quemar combustible fósil y talar los bosques, aumenta la cantidad de dióxido de carbono? El estudio ha demostrado el efecto negativo del pino sobre la vegetación del páramo; lo que todavía no está claro es si se inició también una reorganización ecológica por causa del calentamiento global. LITERATURA CONSULTADA Balslev, H. y Tj. de Vries, Diversidad de la vegetación en cuatro cuadrantes en el páramo Arbustivo del Cotopaxi, Ecuador. Publicaciones Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales. n.º 3, Año 3: Bliemslieder, M., Cambios en la diversidad de la vegetación en parcelas permanente luego de un periodo de ocho y nueve años en el páramo arbustivo del Parque Nacional Cotopaxi, Ecuador. Disertación, Licenciatura en Ciencias de Educación, especialización Biología, PUCE, Quito. De Vries, Tj., Cuántos años viven los frailejones del páramo de El Angel? 25 años de análisis de la dinámica poblacional de Espeletia pycnophylla. Nuestra Ciencia n.º 7: De Vries, Tj. y J. Jaramillo, Dinámica de la vegetación del páramo de la Virgen del Antisana se secarán los páramos? Nuestra Ciencia n.º 6: Pounds, J.A., M.R. Bustamante, L.A. Coloma, J.A. Consuegra, M.P.L. Fogden, P.N. Foster, E. La Marca, K.L. Masters, A. Merino-Viteri, R Puschendort, S. Ron, G.A.Sánchez-Azofeifa C.J. Still y B.E. Young, Widespread amphibian extincions from epidemic disease driven by global warming. Nature 439: Figura 4. El cuadrante 2 en1982, en una quebrada con Buddleja incana. 18 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

21 SISTEMAS DE DEFENSA DE PLANTAS: HAY EVIDENCIA DE LA EISTENCIA DE UN SISTEMA INMUNE? Por Ricardo Oliva Introducción Las plantas tienen numerosos enemigos incluyendo bacterias, hongos, oomycetes, virus, insectos y nemátodos. Por tal motivo, no es extraño que posean un sistema de defensa tan diversificado y dinámico como el que ocurre en animales. A pesar de que plantas y animales tienen un ancestro evolutivamente muy distante y su complejidad biológica no es equiparable, comparten características generales que hacen factible preguntar si poseen un sistema inmune. En ambos grupos, los mecanismos de defensa se han especializado en distinguir lo propio de lo extraño, desencadenando una serie de respuestas fisiológicas y bioquímicas con la finalidad de aislar o eliminar esos elementos extraños. En sentido amplio, un sistema inmune debe tener tres características: 1) reconocer y reaccionar ante la presencia de elementos extraños, 2) generar una señal que perdure a modo de memoria y 3) distribuir esta señal a todo el organismo. La inmunidad en animales se adquiere por la respuesta innata, la cual reconoce elementos universales en los patógenos, y la respuesta adaptativa que evoluciona y aprende al reconocer antígenos novedosos. A pesar que la complejidad en la organización e interacción celular de plantas es muy primitiva en comparación a la de animales, hay evidencia para pensar que ambos sistemas, innato y adaptativo, se encuentran representados. Hoja de pepino dulce (Solanum muricatum) infectada por el oomycete Phytophthora infestans. Podemos llegar a pensar que las plantas adquirieron un sistema que les permite reconocer un elemento extraño, producir una señal de alerta que es transportada a otros tejidos y finalmente reaccionar de forma global ante el ataque de un patógeno? Qué ocurre si esta señal permanece en la planta actuando como una memoria y protege a la planta de futuros ataques? Varios de los procesos que vamos a resumir han sido estudiados en plantas modelo o plantas con interés comercial. El objetivo es saber qué nivel de complejidad poseen los sistemas de defensa vegetales para ser considerados como un sistema inmune. Mecanismos de defensa externos: tricomas, pelos, toxinas La epidermis y cutícula de las plantas son sin lugar a duda la primera línea de defensa en contra de posibles patógenos. Adicionalmente, algunas especies o grupos han desarrollado estructuras exteriores como espinas y tricomas que optimizan la función defensiva. Se han aislado alrededor de compuestos procedentes de organismos vegetales. Una buena parte de estos poseen actividad anti-microbiana. Estas sustancias, que son sintetizadas durante el crecimiento y desarrollo, impiden el crecimiento o presentan alta Foto: Gabriela Chacón, Centro Internacionaol de la Papa (CIP, Quito) 19

22 Actualidad Científica toxicidad ante agentes microbianos. Saponinas, taninos, isoflavonoides, derivados fenólicos, etc., constituyen una batería de compuestos de defensa con distinto origen metabólico. Las saponinas son productos del metabolismo secundario y se encuentran en la mayoría de plantas. Se ha demostrado que las saponinas se unen a los esteroles contenidos en la membrana de los hongos. Esta unión causa la pérdida de la integridad de la membrana y por consiguiente previene una posible colonización. Evidencias de la importancia de las saponinas en los sistemas de cultivo se han obtenido del estudio de la especie Avena strigosa, utilizada comúnmente como avena forrajera. Los mutantes de esta especie que poseen deficiencia para producir saponinas también presentan mayor susceptibilidad al ataque de hongos patógenos. Todos estos mecanismos constituyen la defensa pasiva, la cual funciona durante todo el ciclo de vida de la planta. Por otro lado, existen sustancias cuya síntesis de novo es inducida como respuesta a un ataque. Las fitoalexinas han sido ampliamente estudiadas en los sistemas planta-patógeno y se resalta su importancia en la resistencia general de muchas especies a una infinidad de agentes. Se ha demostrado la producción de fitoalexinas en células de perejil que han sido artificialmente inoculadas con varias especies de oomycetes del género Phytophthora. De igual forma, la capacidad de algunos hongos para detoxificar las fitoalexinas es una característica importante en su virulencia. Por ejemplo, las cepas más agresivas del hongo Nectria haematococca que atacan a garbanzo y arveja son aquellas que pueden sobrevivir en presencia de las fitoalexinas producidas por dichas plantas. Respuesta mediada por genes de resistencia (R) Las plantas tienen la capacidad de reconocer patógenos de forma específica. Para esto han desarrollado un sistema que identifica moléculas llamadas elicitinas. Las elicitinas son moléculas secretadas por el patógeno que desencadenan una respuesta por parte de la planta. La resistencia específica está definida por la presencia de genes mayores de resistencia (R) los cuales están conservados entre las distintas especies de plantas. Estos genes R codifican receptores específicos en la membrana o citoplasma de la célula vegetal cuya función es reconocer elicitinas producidas por genes de avirulencia (Avr) en el patógeno. En el modelo del gen-porgen (Flor, 1971), a cada gen R le corresponde un gen de avirulencia Avr. Cuando la elicitina del patógeno es reconocida positivamente por el receptor en la planta, se inicia una cascada de señalización celular que termina en lo que se ha llamado respuesta de hipersensibilidad (RH). En plantas, la respuesta de hipersensibilidad es un mecanismo para producir muerte celular localizada. Este suicidio celular ocurre como medida para impedir el avance del patógeno (Fig. 1). Los genes R que se encuentran presentes en las distintas especies de plantas comparten dominios estructurales en todo el reino vegetal. La mayoría de proteínas codificadas por los genes R poseen dominios con repeticiones ricas en leucina (Leucine Reach Repeats) y sitios de unión a nucleótido (Nucleotide Binding). Conjuntamente se conocen como proteínas con dominios NB-LRR. Fuera del reino vegetal, otras moléculas receptoras también comparten estos dominios estructurales, lo que sugiere un nivel mayor de conservación en las estrategias de reconocimiento (Fig. 2). Muchos receptores R de plantas son parecidos a los receptores Toll de Drosophila, los cuales cumplen papeles importantes en la respuesta innata y durante el desarrollo. En mamíferos, los receptores para interleucina-1 (TLR), que son componentes importantes del sistema inmune animal, comparten homología con los receptores R del sistema de defensa de plantas (Dangl, et. al., 2001) La RH en plantas es un mecanismo análogo a la muerte celular programada que ocurre en células animales. Este mecanismo se denomina apoptosis, y al igual que la RH en plantas, ocurre en respuesta a una señal que proviene del exterior de la célula. Una vez que los receptores han sido activados, las células necesitan enviar órdenes de muerte celular al interior del núcleo. En plantas, este proceso se encuentra mediado por un grupo Figura 1. Esquema de la colonización por parte de un patógeno y la respuesta de la planta mediada por genes R.: A. El patógeno penetra el tejido y causa infección en una planta susceptible. B y C. Las células de la planta han reaccionado ante el ataque mediante la respuesta de hipersensibilidad. Como consecuencia de la presencia de genes R se desencadena una respuesta que termina en la muerte celular y la eliminación del patógeno (Tomado de Kamoun, 2003). 20 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

23 Figura 2. Comparación de las proteínas R de plantas con otras proteínas involucradas en la inmunidad innata en animales. Toll en Drosophila y TLR en mamíferos son activados por ligandos extracelulares y comparten un dominio citoplasmático TIR. Una vez activados, todos reclutan proteínas con dominios de que se han llamado de muerte celular. Estas proteínas llevan la señal de suicidio al núcleo (tomado de Dangl J. & Jones J.D.G. 2001). de proteínas llamadas MAPKs (Mitogen Activated Protein Kinase). A pesar que la apoptosis en animal es un proceso muy complejo que regula varios aspectos biológicos, también emplea parte de la ruta de las MAPKs (por ejemplo, proteínas ERK1, ERK2, JNK, etc) para auto eliminarse. La respuesta de hipersensibilidad está acompañada de otras respuestas fisiológicas y bioquímicas. El endurecimiento de la pared celular, la producción de radicales libres a partir del oxígeno (O -, HO - y H 2 O 2 ), la peroxidación de lípidos, entre otros, son mecanismos que ocurren paralelamente a la RH y ayudan a eliminar al agresor. Después del ataque microbiano, la planta también necesita informar a otros tejidos para que activen sistemas de defensa. El ácido salicílico es uno de los mensajeros más importantes producidos a este nivel. Una de sus funciones es viajar a otros tejidos donde induce una respuesta global. Este evento se conoce como resistencia sistémica adquirida y proporciona a la planta con una estrategia de defensa global en caso de ataques múltiples. La respuesta innata Se ha generado mucha evidencia que asegura que varios principios del sistema inmune innato de mamíferos e insectos funcionan igual a los sistemas de defensa en plantas. Adicionalmente a la respuesta específica mediada por genes R, las plantas han desarrollado la capacidad de reconocer elicitinas mucho más generales en los patógenos. Este tipo de moléculas elicitoras que forman parte integral de las membranas de microorganismos incluyen oligosacáridos, lípidos, polipéptidos y glicoproteinas. Los lipopolisacáridos (LPS), por ejemplo, son componentes integrales de bacterias Gram negativas. Estos compuestos activan la síntesis de moléculas anti-microbianas en Drosophila de la misma manera que lo hacen con productos inmunoregulatorios y moléculas citotóxicas en humanos. Una de las moléculas claves inducidas por LPSs bacterianos en humanos es el óxido nítrico (ON). Esta molécula gaseosa funciona como segundo mensajero e inhibe la replicación viral. A pesar de esto, su participación en la respuesta innata de plantas no ha sido clarificada en su totalidad. Recientemente se ha estudiado la interacción entre la planta modelo Arabidopsis thaliana y la bacteria Pseudomona syringae, en la cual los LPSs bacterianos estimulan la formación de ON en la planta, y éste a su vez induce la activación de varios genes de defensa (Zeidler, D. et al. 2004). La enzima responsable de producir ON en tomate, la oxido nítrico sintasa (inos), utiliza los mismos cofactores que la enzima análoga en mamíferos. Ambos hechos sugieren que la inmunidad innata es un mecanismo ancestral de defensa contra patógenos. Otro componente importante de la membrana bacteriana de Pseudomonas es la flagelina. La flagelina es un péptido secretado por bacterias entéricas que interactúa con receptores TLR humanos y activa la respuesta innata. La flagelina de Pseudomonas es otro ejemplo de moléculas bacterianas que activan la respuesta innata en plantas. En el tomate, la flagelina es reconocida por receptores específicos los cuales inician una cascada de mensajes celulares que culminan en la expresión de genes de defensa de forma local y sistémica. Silenciamiento del ARN y la defensa contra virus Otro sistema de defensa que ha sido descubierto recientemente es el que actúa a nivel del aparato de transcripción celular. Se basa en la degradación del ARN mensajero (ARNm) de forma específica. El sistema de silenciamiento de la expresión génica basado en ARN (ARN de interferencia) es un me- 21

24 Actualidad Científica En sentido horario: Jícama o Yacón (Polimnia sonchifolia), Oca (Oxalis tuberosa), Papa silvestre (Solanum colombianum). y Pasiflora silvestre (Pasiflora sp.). canismo que se ha descrito en numerosos grupos de organismos incluyendo ciliados, hongos, plantas y animales. El sistema utiliza un paquete de moléculas celulares (polimerasas, helicasas, RNAasas etc) como maquinaria de degradación. La defensa se activa ante la presencia de ARNs de doble cadena (dsarn), los cuales son cortados en ARN pequeños o sirna (small interfering RNAs) de 21 a 25 nucleótidos cada uno. Estas pequeñas moléculas actúan como guías, y se unen a cualquier ARNm que tenga la misma secuencia. Como consecuencia de esta unión el ARNm es degradado por la maquinaria celular. Qué relación existe entre este sistema de degradación y la respuesta de las plantas a los virus? Los virus son entes biológicos formados de ADN o ARN, los cuales emplean las células de sus hospederos para replicarse. Durante este proceso, el material genético viral se introduce en la célula y es procesado por la maquinaria celular para conseguir múltiples copias de Foto: Gabriela Chacón y Francisco Jarrín (CIP, Quito) su genoma. Finalmente, el material genético viral es encapsulado y se libera al medio extracelular. Un evento común a la mayoría de virus que atacan plantas es la formación de dsarn en uno o varios pasos del proceso de replicación. Los dsarn generados son reconocidos y activan la maquinaria de degradación. De esta forma se elimina el ARNm del virus interfiriendo con la replicación dentro de la célula. El sistema tiene la capacidad de recordar eventos de infección viral. Una vez que la planta ha detectado un patógeno y ha producido sirna en contra de éste patógeno, el sistema contribuye a la defensa de posibles ataques futuros. Por otro lado, la señal de silenciamiento es producida localmente pero se distribuye en otros tejidos a través de los haces vasculares para que la respuesta sea global. De esta forma la planta no sólo reconoce y reacciona ante el ataque, sino que lo hace de forma sistémica y duradera. El hecho de que la maquinaria de degradación y el mecanismo se encuentren conservados evolutivamente, sugiere que el iarn forma parte de un mecanismo ancestral para la defensa contra ataques virales. Sistema inmune o sistema de defensa? Se sabe que varios elementos que se asocian a las respuestas de defensa de plantas comparten homología con los mecanismos identificados en animales. También se conoce que a escala molecular, varios de los actores que modulan la respuesta se encuentran representados en plantas y animales. La conservación de genes cuyos productos cumplen funciones de defensa y la utilización de las mismas rutas celulares para transportar los mensajes de defensa hacen pensar en estrategias universales. A pesar de que la naturaleza de la respuesta de defensa entre plantas y animales, depende de la complejidad del organismo en cuestión, es claro que las plantas han desarrollado estrategias mucho más complejas y sofisticadas que un sistema de defensa convencional. Literatura Consultada Dangl J. & Jones J.D.G Plant pathogens and integrated defence response to infection. Nature 411, Flor, H. H Current status of gen-for-gen concept. Ann. Rev. Phytopathology 9, Kamoun, S Molecular genetics of pathogenic oomycetes. Eukaryotic Cell 2, Vance V. & Vaucheret H RNA silencing in plants-defense and counterefense. Science 292, Zeidler, D. et al., Innate immunity in Arabidopsis thaliana: lipopolysaccharides activate nitric oxide synthase (NOS) and induce defense genes. PNAS 44, Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

25 LEVADURA: CUERPO Y ALMA Por Javier Carvajal (ejcarvajal@puce.edu.ec) Afinales del siglo I, los hermanos Buchner se encontraban en su laboratorio en Alemania trabajando en la obtención del citoplasma de levaduras cerveceras (Saccharomyces cerevisiae). Ellos habían prensado las levaduras de tal manera que lograron reventarlas y obtener el contenido líquido interno o citoplasma, libre de pared y membrana celular. En aquellos tiempos, la manera común de preservar los extractos, evitando las infecciones bacterianas, era por medio de la utilización de soluciones de glucosa concentradas que, por su alta presión osmótica, impedían el crecimiento de microorganismos que arruinarían los extractos celulares obtenidos. Así lo entendieron los científicos alemanes, quienes desconocían por completo el alcance que tendría su experimento. Entonces guardaron sus extractos en soluciones ricas en glucosa con la idea de realizar posteriores estudios de los mismos. Grande fue la sorpresa que se llevaron al ver que las soluciones, al cabo de unos días, habían comenzado a fermentar, produciendo etanol y gas carbónico a partir de la glucosa; lo que normalmente ocurre cuando las levaduras vivas se encuentran en un medio líquido con glucosa en disolución. Pensaron que seguramente algunas levaduras escaparon vivas del prensado y que ellas serían las responsables de la fermentación, por lo que volvieron a obtener los extractos; pero esta vez comprobaron de manera minuciosa que no escape de la prensa una sola célula de levadura viva. La sorpresa se repitió cuando vieron que los extractos celulares volvieron a fermentar la glucosa y lo harían tantas veces cuantas se reprodujera el experimento. Entonces, y por primera vez en la historia, se podía decir que las funciones que realizan los seres vivos tienen relación con la química, ya que, aún estando muertos, como en el caso de levaduras prensadas, sus contenidos celulares mantienen las funciones. Era como pensar que el alma de las células se preservaba a pesar de que había sido separada de su cuerpo. Ahora es conocido que lo que tienen los extractos celulares de levadura no es ni más ni menos que toda la maquinaria enzimática que, independientemente de la célula, puede realizar las mismas funciones que cuando se encuentra dentro de las levaduras vivas. Obviamente, con limitaciones, ya que las enzimas tienen un tiempo de vida y si no sigue habiendo síntesis de las mismas en nuevas levaduras, simplemente las funciones terminan. Este descubrimiento marca el inicio de la bioquímica; es decir, la química de los seres vivos. En aquel entonces los eventos de la vida no eran relacionados con las reacciones explicadas por la química, que era entendida exclusivamente desde el punto de vista inorgánico; era un verdadero misterio sin solución el cómo los organismos vivos llevaban a cabo sus funciones. Las implicaciones biotecnológicas que a partir de este descubrimiento han venido teniendo lugar en la corta historia de la bioquímica como ciencia, son muy profundas y se las puede apreciar en el día a día: enzimas celulares son empleadas con diversos fines en los ámbitos científico, industrial, médico y doméstico. Además, se han encontrado importantes aplicaciones para los compuestos que conforman las paredes celulares de hongos como las levaduras cerveceras que en la actualidad cumplen con funciones enormemente útiles, siendo empleados como compuestos antitumorales, inmunoestimulantes, probióticos, espesantes de alimentos y uno de sus usos más importantes, como atrapadores de micotoxinas, moléculas altamente peligrosas para animales de granja y seres humanos. Algunas de esas aplicaciones son tema de estudio en nuestro laboratorio, en estrecha colaboración con el laboratorio de Genética de Levaduras del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, en Sevilla. La pared celular de levadura Las levaduras son hongos, por tanto poseen una pared celular compuesta básicamente por polisacáridos como los glucanos y la quitina. Esta estructura es rica en manoproteínas, que se encuentran ancladas al interior de la pared celular, dejando expuestas hacia el exterior de la célula las cadenas de mananos que se extienden a lo largo y ancho de la superficie de la levadura en forma de ramificaciones (Figuras 1a y 1b). Estas ramificaciones tienen función de reconocimiento entre levaduras, permitiendo que se peguen 23

26 Actualidad Científica unas con otras, a manera de velcro, en determinados momentos del crecimiento poblacional o como respuesta a factores del medio donde crecen. Figura 1a. Portada de la revista Science de marzo de 2001 ilustra las manoproteínas con sus cadenas ramificadas de mananos Cadenas ramificadas de mananos Manoproteínas β-glucanos β-glucanos y Quitina Manoproteínas Membrana plástica lugar de los suyos propios, esto implicaría que las proteínas se glicosilarían con patrones pertenecientes a nuestra especie, lo que, a su vez, permitiría fabricar medicamentos que no causen rechazo en humanos, usando a las levaduras como reactores biológicos. Las enzimas que regulan los patrones de glicosilación se conocen como manosil transferasas (Fig. 2) y su actividad está dirigida hacia la generación de diferentes enlaces entre dos moléculas de azúcares de 6 carbonos como la manosa. Al generarse estos enlaces las cadenas van creciendo hasta llegar a contarse entre 20 y 200 manosas adheridas a la proteína glicosilada. La abundancia, longitud y patrón de ramificación de estas cadenas son clave para la biotecnología ya que eso determina el uso diferencial que se puede dar a estos remarcables componentes de la pared celular en distintas aplicaciones importantes para el ser humano. Figura 1b. Capas de la pared celular de levadura Esto demuestra que la pared celular, lejos de ser estática, es en realidad una estructura bastante dinámica cuya arquitectura es capaz de cambiar de acuerdo a las condiciones externas del medio, edad de la levadura, niveles de alcohol del medio, disponibilidad de nutrientes, entre otros factores. Los cambios de esta estructura están regulados a nivel genético, lo que significa que es posible manipular la expresión génica, de manera que se pueden conseguir mutantes en los genes que expresan las enzimas encargadas de la glicosilación y, de esta manera, modificar la arquitectura de la pared celular. La manipulación genética al nivel de los genes que expresan las enzimas de la glicosilación es muy importante en la actualidad, pues si la levadura expresa genes humanos en Figura 2. Distintos patrones de glicosilación en humanos, levadura cervecera S. cerevisiae y otra especie de levadura, P. pastoris. Nótese los diferentes patrones de glicosilación en cada especie. En levaduras, el cuerpo es el reflejo del alma Esta frase adaptada no es más que una manera de explicar cómo la genética de la levadura define la estructura de su pared celular. Por otro lado, la manipulación genética permite la modificación de la arquitectura de la pared de la levadura y nos revela algunos de los secretos de la vida desde la perspectiva molecular. Como arriba se dijo, la levadura tiene un alma que está constituida por las enzimas, proteínas que a su vez son el producto de la traducción del código genético propio de la levadura. Las enzimas de glicosilación se encuentran ubicadas en el aparato de Golgi, donde se modifican las proteínas post-traduccionalmente; esto es, posteriormente a su síntesis; de manera que de forma secuencial éstas van adquiriendo moléculas de manosa con variados tipos de enlaces. Las modificaciones post traduccionales permiten el correcto funcionamiento de las proteínas. La expresión de las glicosiltransferasas y de las glicoproteínas en sí es el resultado de dos factores fundamentales: el primero, como se dijo antes, el código genético que es inherente a cada especie. Por otra parte, el ambiente donde crece, se reproduce y muere el organismo o la población provoca la activación o silenciamiento de genes de glicosiltransferasas, lo que repercute en la arquitectura de la pared celular. Conseguir un cuerpo a medida ya no es un tema de exclusividad de la cirugía plástica. La cirugía genética hablando del cuerpo o pared de las levaduras da la posibilidad de contar con un catálogo que presenta 24 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

27 distintas posibilidades en lo referente al patrón de glicosilación de proteínas (Fig. 3a ); esto es, cómo se enlazan y ramifican las cadenas de manosa (Fig. 3b), lo que efectivamente tiene aplicaciones, ya que, por citar un ejemplo, estas cadenas de manosa son adsorbentes de micotoxinas y prestan protección a las células contra los temidos radicales libres que producen daños en el ADN de las células y son causantes del envejecimiento y muerte celular. Qué pueden tener en común un huevo de gallina, un vaso de leche, las hojuelas de maíz y un jarro de cerveza? Si usted piensa que la respuesta es tan simple como que son todos alimentos, pues sí, eso es verdad, pero son alimentos que de una u otra manera tienen que ver con los cereales. En la alimentación animal se emplea una amplia variedad de mezclas que apuntan a la mejor producción con menor costo. En estas dietas los cereales son imprescindibles como fuente de energía y fibra, por lo que las gallinas ponedoras y las vacas lecheras son fuertes consumidoras de cereales. Igualmente, en la producción de hojuelas de maíz y de cerveza las materias primas por excelencia son los cereales. Según la Food and Agricultural Organization of the USA, el 25% de Figura 3a. Proteína glicosilada. Nótense los sitios con ramificación. 3b. Una glicosiltransferasa, enzima que se encuentra en el aparato de Golgi y se encarga de realizar enlaces entre manosas. La manipulación genética a nivel de expresión de estas enzimas es un campo de interés en nuestros estudios. los cereales del mundo están contaminados por hongos filamentosos, especialmente de los géneros Fussaruim, Aspergillus y Penicillum que crecen sobre los cereales y que bajo ciertas condiciones de estrés, como cambios de temperatura y de humedad producen metabolitos secundarios conocidos como micotoxinas. Las micotoxinas son moléculas pequeñas con una variedad de estructuras químicas, que causan disfunciones celulares que pueden llegar a ser altamente peligrosas para animales de granja y para los consumidores finales de sus productos: los seres humanos. Las micotoxinas son termoestables, lo que las hace difíciles de destruir incluso a altas temperaturas; por otro lado, resisten muy bien a la congelación y son moléculas muy estables en el tiempo, lo que las hace peligrosas desde todo punto de vista. Ya que las micotoxinas son moléculas tan difíciles de evitar en los cereales, es necesario un grupo de estrategias que tienda a controlar la ocurrencia de hongos filamentosos desde el campo hasta el momento del procesamiento del alimento. El caso de la cerveza ilustra muy bien lo dicho. La cebada en el campo es cosechada mecánicamente. Este hecho provoca que algunos granos sean cortados, exponiendo el interior de almidón, sustrato para que los hongos crezcan. La medida lógica es evitar al máximo la presencia de granos rotos, por lo que son seleccionados mecánicamente. Lo siguiente es el almacenaje de los granos. En este punto, existen formas más y menos seguras de hacerlo. Por ejemplo, la peor forma de almacenar granos es a la intemperie, donde están expuestos no solo a la contaminación fúngica, sino a las variables condiciones ambientales que causan el estrés, que hace que el hongo active el metabolismo secundario que produce micotoxinas. La forma de solucionar esto es usando silos ventilados y controlando temperatura y humedad. El transporte de los granos por tierra o por mar es otro punto crítico en el que el cereal puede contaminarse, por lo que es necesario que se pongan las mismas medidas de seguridad antes mencionadas. Al llegar a la planta cervecera, el grano es almacenado en silos que deben guardar las condiciones de baja humedad, ventilación y temperaturas controladas para evitar crecimiento de hongos. Es también común el uso de sustancias antifúngicas e insecticidas. Sin embargo, aún con todas las medidas de cuidado y la tecnología que existe en este sentido, los hongos son capaces de crecer sobre los cereales y contaminarlos con micotoxinas, por lo que contaminan a su vez los alimentos de consumo humano como la leche, huevos, hojuelas de maíz y cerveza, entre muchos otros que dependen como fuente directa o indirecta de los cereales. Entonces, qué hacer para luchar contra estos enemigos invisibles? 25

28 Actualidad Científica La pared celular de levadura cervecera: una red para la pesca de micotoxinas Las micotoxinas pueden ser atrapadas por los compuestos de los que se habló al inicio de este artículo. Existen interacciones de carácter electrostático e hidrofóbico entre las moléculas de micotoxinas y los mananos de pared celular. Es conocido desde hace muchos años por los japoneses que beber infusiones de ciertos hongos comestibles produce beneficios para la salud, pues cura ciertas disfunciones del cuerpo; incluso, reduce o elimina tumores cancerosos. Ahora sabemos que esto se explica por la ingesta de paredes celulares de hongos cuya composición fue descrita de forma general al principio de este artículo. La misma solución se está haciendo más y más popular en relación al uso de mananos y beta-glucanos en alimentos balanceados. Estos compuestos no solo que atrapan micotoxinas de los alimentos, sino que mejoran el nivel de absorción de nutrientes en el intestino; previenen infecciones con enterobacterias como Salmonella sp. y Escherichia coli, ya que bloquean las fimbrias que estas bacterias usan para adhesión a las células de la mucosa intestinal; coadyuvan en la disminución de colesterol en humanos y hasta mejoran la respuesta del sistema inmunológico, previniendo las infecciones de tipo viral. El empleo de pared celular de levaduras es de gran utilidad (Fig. 4); pero actualmente investigamos qué efecto puede tener este tipo de compuestos en alimentos procesados como las bebidas de malta y cervezas, que son de consumo masivo, por lo tanto presentan un alto riesgo para la población, sobre todo porque pueden ser una fuente diaria y continua de ingesta de micotoxinas. Es necesario que la Norma Ecuatoriana de Cerveza incluya el análisis de micotoxinas de producto terminado, ya que este tema es de gran importancia en salud pública. Actualmente, en nuestro laboratorio investigamos sobre las interacciones que tienen los mananos con micotoxinas en cervezas, bebidas de malta y leche y sobre los efectos que su uso como aditivo pueda tener sobre la composición y características fisicoquímicas y organolépticas de estos productos. En este sentido, la industria cervecera mundial que ha venido trabajando con levaduras desde siempre, podría tener la solución contra las micotoxinas al alcance de su mano. Es, sin embargo, importante despertar la conciencia de la opinión pública y del consumidor para que los cambios a nivel normativo puedan darse en pos de una mayor seguridad alimentaria. Para terminar, y siendo consecuentes con el título de este artículo, podríamos hacer un juego de palabras y decir que un alimento como la cerveza, consumido en su justa medida siempre que se encuentre libre de micotoxinas alimenta el cuerpo y regocija el alma del consumidor. Glosario. Fermentación: Proceso fisiológico que lleva a cabo la levadura cervecera en ausencia de oxígeno, transformando la glucosa en etanol y CO 2. Glicosilación: Modificación posttraduccional de proteínas, en la que se enlazan moléculas de manosa, lo que confiere funcionalidad a ciertas proteínas. Manosa: Azúcar de 6 carbonos. Glicosil Transferasas: Familia de enzimas especializadas en la generación de enlaces entre dos moléculas de manosa. Mananos: Cadenas ramificadas compuestas por numerosas moléculas de manosa. Manoproteína: Proteína glicosilada. Pueden tener diversos grados de glicosilación. Glucanos: Cadenas en forma de triple hélice formadas por moléculas de glucosa. Figura 4. Corte de pared de levadura cervecera. Micotoxinas: Grupo de moléculas con variedad de estructuras químicas que son producto del metabolismo secundario de algunos mohos u hongos filamentosos. Causan diversos trastornos celulares en seres humanos y animales. Literatura consultada Wolf-Hall & Schwarz, Mycotoxins and fermentation beer production, Department of Cereal Science, North Dakota State University, Fargo 58014, USA, Adv Exp Med Biol. 2002; 504: Phillips et al., Characterization of clay-based enterosorbents for the prevention of aflatoxicosis, Faculty of Toxicology (VAPH), College of Veterinary Medicine, Texas A&M University, College Station , USA, Adv Exp Med Biol. 2002; 504: Medina A., et al., Survey of the mycobiota of Spanish malting barley and evaluation of the mycotoxin producing potential of speciesof Alternaria, Aspergillus and Fusarium Dpto. de Química Analítica, Universidad de Valencia, Dr. Moliner 50, E-46100, Burjassot, Valencia, Spain. International Journal of Food Microbiology, International Journal of Food Microbiology. En prensa. 26 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

29 Curiosidades Científicas LA CITOGENÉTICA: UN APORTE MÁS AL CONOCIMIENTO DE LOS ANFIBIOS ECUATORIANOS Por Miryan Rivera I. Introducción Por qué se preocupan los biólogos cuando disminuye la población de una determinada especie de rana? Qué papel cumplen estas frágiles criaturas en la naturaleza? Es su variedad un capricho de diseño de la naturaleza o responde a alguna razón específica de supervivencia? Las respuestas a éstas y a otras tantas preguntas, seguramente, las encontraremos involucrándonos en el estudio de la biología de los anfibios. Es innegable lo fascinante que resulta este estudio; no solo por el hecho de que este grupo de vertebrados incluye ranitas de espectaculares colores y diseños como las especies aposemáticas del género Epipedobates o las de colores crípticos, difuminados o enigmáticos, como las del género Colostethus, que mágicamente se confunden con la hojarasca en la que habitan, sino que además de su interés estético, los anfibios presentan rasgos anatómicos, fisiológicos y etológicos que los convierten en organismos de sumo interés científico. En efecto, tal como muy bien lo analiza Rehacer (2000), los anfibios son excelentes bioindicadores de la calidad del medio. Gracias a su piel extremadamente permeable y sensible, a sus variados estilos de vida y a sus respuestas al medio son capaces de detectar la contaminación de ambientes acuáticos, terrestres y atmosféricos. Los renacuajos son altamente sensibles a la presencia de agentes biocidas en el agua, que podrían constituir un peligro para la vida humana. Los adultos, en cambio, son altamente sensibles a la radiación ultravioleta, y sus respuestas a n t e ellas, permiten inferir el deterioro de la capa de ozono, así como los cambios climáticos. Los anfibios se constituyen en controladores de plagas y enfermedades. Aportan con biomasa a los flujos de energía, pues son la piedra angular de muchas cadenas tróficas. Investigaciones realizadas sobre anfibios en la PUCE Como si esto fuera poco, producen o almacenan en su piel una serie de sustancias de potencial uso biomédico, entre las que se cuentan numerosos péptidos antimicrobianos y una amplia variedad de alcaloides. Todos estos atributos convierten a los anfibios en organismos idóneos para realizar una amplia variedad de programas de investigación. Foto: Luis Coloma Hyla imágenes Por estas razones, en la Escuela de Ciencias Biológicas de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador se han venido desarrollando una serie de interesantes trabajos en este campo. Los estudios de Biología del Desarrollo de anfibios, realizados por la Dra. Eugenia del Pino, son internacionalmente reconocidos. Es imprescindible mencionar las investigaciones del Dr. Luis Coloma y sus colaboradores; quienes, además de elaborar un completo inventario de los anfibios ecuatoria- 27

30 Curiosidades Científicas nos, han llevado a cabo importantes trabajos morfométricos, morfológicos, ecológicos, etológicos, de bioacústica y de otros aspectos relacionados con estas especies. Su trabajo ha conducido la atención del público en general hacia estas criaturas de la naturaleza. Se podría decir que han abierto los ojos de muchos y han motivado a realizar acciones a favor de la conservación de este importantísimo grupo de organismos. Adicionalmente, el equipo de trabajo del Dr. Luis Coloma orienta sus esfuerzos al conocimiento de la taxonomía de los anfibios ecuatorianos y al esclarecimiento de sus relaciones filogenéticas. Estas investigaciones podrían complementarse con la información de estudios citogenéticos que, como se puede constatar, no han sido abordados hasta el momento en nuestro país, pese a que taxónomos y evolucionistas están familiarizados con el hecho de que los cromosomas son parte de un sistema dinámico que está moldeando el proceso de evolución. Importancia de la citogenética En cierta ocasión, un estudiante, con asombrosa curiosidad, preguntaba: por qué es importante llevar a cabo estudios de citogenética cuando se pueden usar modernas técnicas de biología molecular que están actualmente en auge y que probablemente arrojen información más contundente? Esta pregunta obliga a tomar conciencia de que el vertiginoso adelanto que la ciencia ha tenido en los últimos años, con el desarrollo de técnicas de biología molecular, ha ocasionado que ciencias básicas como la citogenética sean injustamente relegadas; y que, pese a la facilidad con la que pueden ser ejecutadas, proporcionan información extremadamente valiosa. Hay que considerar que trabajar en biología o genética de Eucariotes usando técnicas moleculares pero desconociendo las características y el comportamiento de sus cromosomas, puede llevar a errores en la interpretación de causa y efecto de muchos fenómenos (Poggio, 2004). Los cromosomas son la base física de los genes, por lo que se constituyen en fundamentales elementos de estudio de procesos, tales como la herencia, la variación, la mutación y, en consecuencia, la evolución de los organismos. En efecto, se ha postulado o propuesto que los cambios en la estructura cromosómica son los principales responsables en procesos de especiación rápida. White (1978) menciona que un 90% (e incluso un 98%) de los fenómenos de especiación están relacionados con cambios cariotípicos. Los reordenamientos cromosómicos juegan un rol prioritario y primordial en la divergencia inicial. Varios parámetros del cariotipo pueden ser alterados por rearreglos estructurales. Así, puede variar el número cromosómico y la simetría del cariotipo por la presencia de fusiones céntricas entre cromosomas con centrómero subterminal, produciendo cromosomas metacéntricos de mayor tamaño. Un ejemplo puntual de un evento de esta naturaleza, aunque en un grupo muy diferente al de los anfibios, es el de Drosophila guayllabambae, una especie de mosca del Grupo repleta, Subgrupo hydei. Rivera (1989) detectó que el 10% de los individuos presentaron una disminución del número cromosómico característico de esta especie (de 2n=12 a 2n=10) como producto de una fusión céntrica entre los cromosomas telocéntricos y b, formándose un nuevo cromosoma metacéntrico de gran tamaño. Adicionalmente, las regiones heterocromáticas del par d subtelocéntrico, pasaron a formar parte del cromosoma e. Esta translocación convirtió a este pequeño cromosoma puntiforme en un cromosoma submetacéntrico 3 veces más grande. Rearreglos cromosómicos, como los antes mencionados, pueden conducir a procesos de especiación o únicamente constituirse en polimorfismos intra o interpoblacionales. De qué manera podría un análisis cariotípico conducirnos a la resolución de problemas sistemáticos; es decir, al establecimiento de relaciones de parentesco y descendencia común a partir de un grupo ancestral entre diferentes conjuntos de organismos, a fin de obtener una clasificación natural de los mismos? Para responder esta interrogante es necesario considerar que la citogenética evolutiva se centra en el estudio de las formas cromosómicas de las especies actuales, y que, mediante la comparación de sus cariotipos, hace inferencias sobre los cambios cromosómicos (reorganizaciones) que se han podido producir a lo largo del proceso evolutivo de los diferentes grupos taxonómicos, sean o no éstos, la causa del proceso de divergencia de las especies. Así, pues, se ha descubierto que especies distintas comparten determinados cromosomas que son muy similares y que estas semejanzas permiten realizar un análisis comparativo. Tal es así que en 1976, Martín y Hayman propusieron ya el término de cromosoma compartido para designar a aquellos cromosomas de tamaño y morfología similares que podían encontrarse en especies diferentes, introduciendo así los primeros criterios morfológicos de homología cromosómica. Para que dos cromosomas, o partes de ellos, sean considerados homólogos interespecíficos, es fundamental que ambos porten los mismos loci génicos. Y precisamente, la manera más simple y directa de inferir homologías es a través de la similitud de los cariotipos 28 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

31 Figura 1. Vista ventral y dorsal de Engystomops sp. D. Una especie nueva para la ciencia de la familia Leptodactylidae colectada por Santiago Ron en el Bosque Petrificado de Puyango. Fotos: Rafael Cárdenas bandeados mediante las modernas técnicas histoquímicas. Una vez establecidos los cariotipos, deben encontrarse las series de transformación de cada par de cromosomas (caracteres) homólogos; luego de lo cual se otorga un código a cada estado de carácter y se construye una matriz de datos (pares cromosómicos x OTUS). Luego se corre esta matriz en una computadora utilizando programas específicos para construir filogenias, tales como el PAUD ( Phylogenetic Análisis Using Parsimony ), el Hennig 86, el PHYLIP ( Phylogeny Inference Package ) u otros (Córdova, 1997). A continuación se analiza el cladograma producido por la computadora, si sólo se produce uno, entonces, ése será nuestra filogenia a partir de los cariotipos. Si se genera más de un árbol, se hará necesario considerar otros criterios y procedimientos adicionales para encontrar al mejor, o para elaborar uno de topología consensual. Entre los datos más importantes del proceso, está el hallazgo de los patrones evolutivos de cada par cromosómico (análisis R), priorizando la detección de caracteres o cromosomas ancestrales o plesiomórficos, cromosomas derivados o apomórficos y los cromosomas terminales o autapomórficos (propios de cada OTU). Los de máximo valor filogenético son los apomórficos y, en la base o raíz del cladograma, se encontrará la información necesaria para conjeturar la composición cromosómica del cariotipo ancestral del grupo de especies estudiadas (Córdova, 1997). Los análisis de semejanzas cromosómicas son fundamentalmente cladistas (similitudes = homologías); sin embargo, hay que tomar en cuenta que también integran algunos elementos fenéticos y clásicos; es decir, son susceptibles de ser tratados desde cualquiera de estos tres contextos clasificatorios (Córdova, 1997), lo cual es otro punto a favor de la citogenética. Laboratorio de citogenética de anfibios del Ecuador Tomando en consideración los aspectos antes analizados sobre la importancia de la citogenética, en la Escuela de Ciencias Biológicas de la PUCE se ha implementado el primer laboratorio de Citogenética de Anfibios del Ecuador, en el que se lleva a cabo, básicamente, la descripción cariotípica de distintas especies de anuros. Así, se está analizando el cariotipo de varias especies de Dendrobatidos y se ha llevado a cabo por ejemplo, la caracterización cromosómica de dos especies nuevas para la ciencia: una del género Coloshethus (Dendrobatidae) y una del género Engystomops (Leptodactylidae) (Fig. 1), estudios que constituyen el origen de un arduo trabajo que apenas empieza. Para la realización de este estudio se toman en cuenta características fácilmente analizables, conocidas como constantes cromosómicas que incluyen el número, la morfología y el tamaño de los cromosomas. También se analiza la cantidad y localización de heterocromatina (ADN altamente repetitivo no codificante) mediante distintas técnicas de bandeo; y, además, se localizan las regiones organizadoras de nucleolo (NOR). Un caso concreto El ejemplo concreto que aquí se pone a consideración es el estudio cariotípico de Engystomops sp D. el mismo que se inicia con la obtención de núcleos metafásicos procedentes del duodeno (Fig. 2a) sobre los cuales se aplican técnicas de tinción y de bandeo cromosómico como el de impregnación argéntica para detectar la región del organizador nucleolar que en esta especie está localizado en el par 9 (Fig. 2b). Una vez hecho esto, se procede al ordenamiento de los cromosomas en base a su longitud relativa promedio, se establece su morfología mediante el cálculo del índice centromérico y se elabora su carrespondiente cariotipo (Fig. 3) e idiograma (Fig. 4). Finalmente, una vez obtenido el cariotipo de 29

32 Curiosidades Científicas Figura 2. Núcleo metafásico del duodeno de Engystomops sp. D. a)tinción convencional b) Bandas N (Impregnación argéntica). Las flechas señalan la ubicación del NOR. (Miryan Rivera) cada una de las especies que se está investigando, se realizarán las comparaciones para así inferir sus tendencias evolutivas. Conclusión En definitiva, la citogenética y, específicamente, los estudios cariotípicos, no solo nos permiten caracterizar cromosómicamente a las diferentes especies de anfibios, sino que se han constituido en una importante herramienta que contribuirá al esclarecimiento de su taxonomía y de su tan compleja filogenia. Realmente la citogenética es un aporte más en el conocimiento Figura 3. Cariotipo de Engystomops sp. D. ordenado de acuerdo a la longitud relativa promedio. La especie posee un número cromosómico de 2n=20. Figura 4. Idiograma representativo del cariotipo de Engystomops sp. D. en el que se resalta la la morfología de cada par cromosómico y la región del organizador nucleolar (NOR) localizada en el brazo del par 9. Foto: Miryan Rivera Foto: Miryan Rivera Foto: Miryan Rivera de los anfibios ecuatorianos. Sin embargo, esta disciplina pese a tener grandes ventajas, tiene también limitaciones; por tanto, sus aportes deben ser complementados con estudios provenientes de otros campos. Un trabajo interdisciplinario se vuelve indispensable para alcanzar una comprensión más completa en cualquier estudio de las Ciencias Biológicas. Es el momento de compartir experiencias y descubrimientos para obtener mejores resultados en beneficio de la ciencia. Literatura Citada Córdova, J.H., Lamas, G., Citogenética, Filogenia, Clasificaciones Naturales y Evolución de las Especies, Alma Mater UNMSM Fondo Editorial, Lima, Perú. Poggio, L., Naranjo, C. A., Citogenética. En: Biotecnología y Mejoramiento Vegetal. Cap. 5, pp Ediciones INTA, Buenos Aires, Argentina. Rivera, M., Estudio de cromosomas mitóticos de tres especies del Género Drosophila, Grupo repleta, Subgrupo hydei: Drosophila guayllabambae, Drosophila nigrihydei, Drosophila hydei y sus relaciones filogenéticas. Tesis de Licenciatura, Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Quito, Ecuador. Rehacer, J.K., Amphibian Declines: An Issue Overview, Washington, DC. frogweb.gov/declines.pdf. [Consulta: Enero, 2006] Sans, F., Assumpció, M., Estudio biológico de Mus domesticus, Rutty 1772, en una zona de polimorfismo Robertsoniano, tdcat.cesca.es/tesis_ub/availa- BLE/TD //02_cap%EDtulo_1.pdf. [Consulta: Enero, 2006]. White, M.J.D., Modes of Speciation. W.H. Freeman and Company, San Francisco, C.A. 30 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

33 LA HORMIGA ARGENTINA EN QUITO: Qué pasará con las hormigas de la noble raza quiteña? Por Juan M. Vieira, Giovanni Onore y Tjitte de Vries (vieiraroster@ yahoo.com) (gonore@puce.edu.ec) (tdvries@puce.edu.ec) Actualmente, es común ver en nuestra capital anchas columnas de negruzcas hormigas que parecieran no tener ni un comienzo ni un fin. Son ríos y ríos de hormigas que suelen ser abundantes en verano, luego de las primeras lluvias de la época. Esto ocasiona dolores de cabeza a más de uno, y es que en realidad puede ser desesperante contemplar un acontecimiento de tal magnitud en el patio de nuestra casa. Las principales protagonistas de este peculiar espectáculo son las hormigas argentinas, correspondientes a una especie introducida mundialmente: Linepithema humile (Mayr) (Fig. 1) (conocida anteriormente como Iridomyrmex humilis), uno de los insectos sociales invasivos más ampliamente distribuidos. Establecida en más de 20 países en 6 continentes, L. humile puede causar impactos severos en comunidades ecológicas, siendo una persistente plaga urbana y rural. Originarias de la parte norte de Argentina (región del Chaco), estas hormigas son unas excelentes invasoras de hábitats no nativos, particularmente, como así sucede, en el Mediterráneo y otras áreas con clima similar, como por ejemplo California. Su efecto en comunidades de hormigas nativas Cuando se llegan a establecer en un sitio determinado, las hormigas propias de la zona pueden desaparecer en poco tiempo y la distribución de otros artrópodos cambia dramáticamente. Las argentinas alcanzan altas densidades poblacionales, a menudo controlando enormes áreas, provocando, en muchos casos, la exclusión de otras hormigas (Fig. 2). Al igual Figura 1. Linepithema humile, la famosa hormiga argentina. que otras especies invasivas, comparten un conjunto de características que facilitan su establecimiento y posterior rango de expansión. Tiene mínimos requerimientos dietarios y de anidamiento, permitiéndole asociarse cercanamente con los humanos. Además, a pesar de que las obreras son estériles, sus colonias típicamente incluyen a un gran número de hormigas reproductoras: machos (Fig. 3) y algunas reinas. Esto, en comparación con colonias de otras especies con una sola reina, le permite ser más eficiente en la reproducción y la monopolización de recursos, lo que constituye una Foto: Alexander Wild 31

34 Figura 2. Hormigas argentinas atacando a una hormiga recolectora (Pogonomyrmex sp.) en el sur de California. Figura 3. Obrera y macho junto a una colonia de L. humile introducida en California, en donde la especie ha alcanzado un amplio rango de distribución. Figura 4. Hormigas argentinas atendiendo a insectos escama sobre cítricos en California. La protección a estos homópteros puede resultar en explosiones poblacionales de estas plagas que pueden afectar seriamente a los cultivos. propiedad de importancia particular en la capacidad de formar colonias numéricamente grandes y ecológicamente dominantes. Fotos: Alexander Wild Plaga de campo y de ciudad Varios estudios han documentado el efecto devastador que puede acarrear la presencia de la hormiga argentina en zonas agrícolas. Una gran variedad de otros insectos, especialmente homópteros (Fig. 4), se ven protegidos por la hormiga argentina, quien recibe a cambio secreciones nutritivas. En áreas urbanas, L. humile invade un sinnúmero de estructuras y edificios. Tales infestaciones, en casos extremos, son a menudo tratadas con fumigaciones intensas, las cuales no siempre alcanzan una total eliminación. Su capacidad de dispersión parece estar asociada de alguna manera con el clima, pero no existe evidencia clara que apoye esta hipótesis. Una causa podría ser que las hormigas tiendan a ocupar nuevos sitios de anidamiento cuando las condiciones ambientales de su asentamiento anterior sean desfavorables. Por ejemplo, en clima seco las hormigas tenderían a emigrar a lugares más húmedos; en clima frío buscarían lugares abrigados. Existe alguna certeza de que, incluso fuera de edificios, ellas emigran en busca de un entorno abiótico más favorable. Para su control a largo plazo, el método más común para distribuir pesticidas es la utilización de cebos. Éstos son colocados con el fin de que sean llevados por las hormigas obreras (aquellas que se ven caminando por todas partes) de regreso al hormiguero, donde el veneno camuflado sirve de alimento a la colonia, matando así a las reinas reproductivas. Sin embargo, cuando las obreras toman el cebo de regreso a distintos sitios de anidamiento, cada uno con algunas reinas, y que son cambiados con frecuencia, ciertos pesticidas son diseminados en exceso, pudiendo tener un efecto reducido o casi nulo. Paradójicamente, los insecticidas pueden ocasionar más daño al hombre que a las propias hormigas. La hormiga argentina en la capital En la actualidad, escasos registros de museo se tienen acerca de la distribución de L. humile en nuestro país. El género está representado por 7 especies en Ecuador, de las cuales 2 ocurren en Quito: L. angulatum y L. humile. La presencia de esta última fue registrada por vez primera en el año de 1990, en el barrio de Miraflores. Ahora se halla distribuida ampliamente en la capital, donde la distribución muestra una exclusión de otras especies en ciertas zonas (Fig. 5). El estudio que presentamos en esta contribución es preliminar, realizado con la colaboración de los estudiantes de Ecología I y Técnicas de Campo del II semestre , quienes proveyeron la mayoría de las muestras. El patrón de distribución de las argentinas en nuestra capital ha demostrado que están desplazando a por lo menos 3 especies de hormigas nativas (P. alpestris, L. angulatum y Pheidole sp.); también se ve afectada otra especie (Monomorium sp.), desconociéndose si es nativa o exótica. En el futuro, es posible que las haga desaparecer por completo del área urbana de Quito, relegándolas a los valles y áreas aledañas. Pero, qué podría pasar en el futuro con L. humile en Quito? No se conoce, a ciencia cierta, por qué las especies invasivas prosperan, si bien una ventaja común es que ellas dejan a sus predadores, parásitos y patógenos atrás. 32 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

35 Google Earth Figura 5. Distribución de las diferentes especies de hormigas presentes en Quito. Leyenda símbolos: Círculo: L. humile; Cuadrado: Pheidole alpestris; Estrella brillo : L. angulatum; Estrella 5 puntas : Monomorium sp.; Media luna: Pheidole sp. Aunque esta explicación podría aplicarse a L. humile, parece que los enemigos más serios que quedaron de lado fueron los clanes guerreros de su propia especie. Indudablemente, estos adversarios hacen mucha falta en Quito, por lo que la expansión del rango de distribución de la hormiga argentina en la capital y alrededores podría verse incrementada en los años siguientes. Cabe resaltar la ocurrencia en el área urbana de L. humile con otra especie nativa de Linepithema (angulatum). Sería objeto de estudio futuro observar si éstas se ven excluidas totalmente. En su natal Argentina, hormigas de diferentes colonias pelean unas con otras, como la mayoría de hormigas hacen, y L. humile no es ecológicamente dominante. Su dominancia en áreas no nativas parece estar asociada con una característica inusual: ahí, los nidos no son colonias distintas. En su lugar, ellas forman una vasta supercolonia dentro de la cual existe poca agresión e intercambio extensivo de obreras y reinas. Tales hormigas son llamadas unicoloniales, porque una población completa efectivamente se constituye en una sola colonia. Esta condición se ha podido confirmar en Quito, donde L. humile tiene una distribución continua, formando amplios parches (Fig. 5). Últimamente, el destino más común de las especies de hormigas invasivas es el desplazamiento a manos de otras especies invasivas subsecuentes. En el sureste de Estados Unidos, por ejemplo, la hormiga argentina parece haber sido desalojada a lo largo de mucho de su rango original por otra especie: la hormiga de fuego importada, Solenopsis invicta. Estudiar la biología de las hormigas invasivas puede ofrecer mucha esperanza para entender los mecanismos de su éxito y dispersión, y así poder desarrollar directivas en la prevención y control de invasiones futuras. Nuevos estudios por realizarse en la capital deberían poner no solamente énfasis en tener registros de colección, sino también tratar de obtener datos biológicos asociados a los mismos. En el caso de las argentinas, este conocimiento puede revelar potenciales vulnerabilidades y proveer pistas dentro de nuevos intentos para la determinación de las causas que permite a estas especies prosperar. Literatura consultada Gordon, D. M., Moses, L., Falkovitz- Halpern, M., Wong, E. H Effect of Weather on Infestation of Buildings by the Invasive Argentine Ant, Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae). American Midland Naturalist, 146: Holway, D. A., Lach, L., Suarez, A. V., Tsutsui, N. D., Case, T. J The Causes and Consequences of Ant Invasions. Annual Review of Ecology and Systematics, 33: Moller, H Lessons for invasion theory from social insects. Biological Conservation, 78: Suárez, A.V., Holway, D.A. & Case, T.J Patterns of spread in biological invasions dominated by long-distance jump dispersal: Insights from Argentine ants. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A., 98: Touyama, Y., Ogata, K., Sugiyama, T The Argentine ant, Linepithema humile, in Japan: Assessment of impact on species diversity of ant communities in urban environments. Entomological Science, 6: Tsutsui, N., Suarez, A The Colony Structure and Population Biology of Invasive Ants. Conservation Biology, 17(1): Wild, A. L Taxonomy and Distribution of the Argentine Ant, Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae). Annals of the Entomological Society of America, 97(6):

36 Curiosidades Científicas Los bichos acuáticos se asfixian en los ríos ubicados en la altura? Por Dean Jacobsen Si uno como biólogo quiere dejar huellas en el mundo científico, una buena estrategia es tratar de resolver los temas generales o fundamentales, en vez de dedicarse solamente a estudiar casos especiales o aislados. Ejemplos de la ecología del último tipo de estudio pueden ser la tasa de crecimiento de alguna especie de palma en algún bosque equis o la composición del fitoplancton de una laguna equis en algún páramo equis. No digo que este tipo de estudios no sean importantes, porque en muchos casos forman la base para poder contestar las preguntas de interés general; pero rara vez constituirán clásicos que se deben citar. Los estudios que enfocan temas generales reciben mucha más atención en la literatura mundial; por ejemplo: qué factores mantienen la inmensa diversidad de plantas en las selvas tropicales? o, por qué la mayoría de peces en aguas tropicales se alimentan como herbívoros o detritívoros, mientras la mayoría en aguas templadas viven de invertebrados? Oligoneuridae, ninfa. A mayor altitud, menor biodiversidad Otro tema de gran interés es el análisis de la disminución de la biodiversidad cuando se incrementa la altitud. Los estudiantes de limnología de la Escuela de Biología de la PUCE y yo hemos estudiado este tema durante años; nos hemos centrado en la fauna acuática, más exactamente en los macroinvertebrados bentónicos de ríos. Muestreando un gran número de ríos a lo largo de una amplia gradiente de altura en ambos lados de los Andes de Ecuador, hemos encontrado que los diferentes grupos (órdenes) de macroinvertebrados muestran diferentes distribuciones a lo largo de la gradiente, desde ríos al nivel del mar, hasta ríos ubicados a metros de altitud (Fig. 1). Algunos órdenes como Odonata (libélulas) y Hemiptera (chinches) principalmente se encuentran en las tierras bajas, extendiéndose hasta altitudes intermedias. En cambio, otros órdenes como Diptera (moscas/sancudos) y Trichoptera muestran patrones menos claros. No obstante, la Fotos: Dean Jacobsen 34 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

37 relación global es una disminución en la riqueza de familias a mayor altitud (Fig. 2). La riqueza local (promedio de familias por sitio) decrece linealmente, mientras la riqueza zonal (número total de familias en cada rango de altitud) se mantiene constante hasta cierta altitud (aprox m), para bajar después. Una cosa es simplemente presentar gráficos enseñando la relación inversa entre la diversidad biológica y la altitud, y otra cosa es explicar esa relación; es decir, encontrar la causa que está detrás de esa relación. En la literatura existen muchas teorías, pero poca evidencia tangible. Obviamente, los factores responsables también tienen que cambiar sistemáticamente a lo largo de la gradiente altitudinal. Algunas explicaciones, como la menor edad geológica y el aislamiento de las altas montañas, aluden a la naturaleza histórica; otras, en cambio, mencionan condiciones ecológicas contemporáneas como la temperatura o la producción primaria (la energía disponible para la cadena trófica). Finalmente, existen teorías no-biológicas que predicen una distribución de especies al azar y restringido por límites geométricos ( hard bounderies ). Por supuesto, ninguno de todos estos factores podrá ser nombrado como el único responsable; talvez ni siquiera como factor principal. La olvidada importancia del oxígeno Existe un factor que prácticamente nadie ha tomado en cuenta hasta ahora: la disminución de la presión parcial de oxígeno en la atmósfera a mayor altitud. Este fenómeno es ampliamente conocido, y existe mucha literatura sobre los efectos de la falta de oxígeno en la fisiología humana y animal. Todo el mundo sabe cómo la altitud nos afecta. En la ecología, al contrario, los posibles efectos del escaso oxí- Figura 1. Figuras: Dean Jacobsen. Figura 2. 35

38 Curiosidades Científicas geno a gran altitud han pasado prácticamente desapercibidos. Por esto, precisamente, la unidad de limnología de la Escuela de Biología de la PUCE ha escogido este tema como centro de sus actuales investigaciones. Las actividades se desarrollan en colaboración con el Freshwater Biological Laboratory de la Universidad de Copenhague, y el proyecto está financiado por el SNF de Dinamarca ( National Science Foundation ). La atmósfera es la fuente principal de oxígeno en ecosistemas acuáticos; por tanto, la baja presión atmosférica de oxígeno potencialmente afecta tanto a la vida acuática como a la vida terrestre. El hecho de que la disolución de oxígeno en agua sea mayor a menor temperatura ha dejado la percepción de que los ríos fríos de altura son más ricos en oxígeno que los ríos menos fríos en las tierras bajas. Sin embargo, esta percepción es equivocada; porque el efecto positivo de la disminución en la temperatura y el efecto negativo de la disminución en la presión parcial sobre la disolución de oxígeno en agua son exactamente opuestos, y el resultado es que la concentración de oxígeno es prácticamente constante desde los ríos bajos al nivel del mar hasta los ríos ubicados a m de altura (Jacobsen et al. 2003). Además, la concentración de oxígeno en el agua en sí (mg/l) ni siquiera es el factor relevante cuando se trata de la disponibilidad de oxígeno para los organismos acuáticos. Los macroinvertebrados adquieren oxígeno por el proceso de difusión. Lo que realmente empuja un flujo de oxígeno desde el agua a través de una membrana permeable como la superficie de los animales hacia adentro es una diferencia en la presión parcial de oxígeno, la cual no está afectada por la temperatura. Si una disminución en la presión externa (el agua) implica una menor diferencia entre la presión interna y externa, el resultado será una reducida entrega de oxígeno al cuerpo del animal. Dos factores adicionales contribuyen aún más al supuesto desabastecimiento de oxígeno en la altura. La velocidad de la difusión decrece a menor temperatura y la viscosidad cinética del agua aumenta a menor temperatura. En total, cálculos teóricos nos permiten estimar que la disponibilidad de oxígeno en el agua a metros es apenas la quinta parte comparando con la del nivel del mar (Jacobsen et al. 2003). Los macroinvertebrados son animales poikilotérmicos, lo cual quiere decir que su demanda metabólica de oxígeno también depende de la temperatura (baja a menor temperatura). Sin embargo, nuestras mediciones in situ de respiración de varios grupos de macroinvertebrados indican que su tasa respiratoria no decrece tanto como la disponibilidad de oxígeno (Rostgaard & Jacobsen 2005). La posible consecuencia de esto puede ser una deficiencia de oxígeno en ecosistemas acuáticos a grandes altitudes (Jacobsen et al. 2003). Tenemos buenos indicios de que la fauna de los ríos altos es más sensible a la contaminación orgánica, la cual tiene como efecto principal reducir aún más la saturación de oxígeno (Jacobsen 1998, Jacobsen et al., 2003). La pregunta clave es si esto también podrá haber limitado la riqueza de organismos a grandes altitudes, de aquellos que no han logrado adaptarse a estas condiciones. El nuevo camino de estudios Como hemos visto, hasta el momento, la tradición se ha limitado a describir los patrones de diversidad en función a la altitud a través de estudios correlativos. Este tipo de estudio no permite concluir mucho sobre la causalidad de una eventual correlación. El problema fundamental es que varios factores son estrechamente correlacionados entre ellos, y también correlacionados con la altura. Para poder progresar en nuestro entendimiento de la distribución espacial de biodiversidad, hay que buscar explicaciones causales. Nuestra meta principal, entonces, es tratar de aislar el efecto del oxígeno de, por ejemplo, la temperatura o de la altura en sí. Los ríos tienen sus pequeñas particularidades que afectan la saturación de oxígeno; diferencias entre ríos que no están relacionadas con la altura. Esas diferencias entre ríos tienen que ver con el ingreso de materia orgánica, la producción primaria, la proporción de agua subterránea que lleva el río y el intercambio de oxígeno con la atmósfera. Estas diferencias entre ríos son justamente lo que estamos aprovechando; por esto, registramos continuamente la saturación de oxígeno en un gran número de ríos. Las muestras estandardizadas de la fauna acuática nos permite analizar si existe una relación entre los niveles de oxígeno y la riqueza de la fauna de macroinvertebrados, y, sobre todo, si esta relación está determinada por la altitud. En otras palabras: la meta es investigar si la variación en la saturación de oxígeno puede explicar una proporción significante de la variación en la composición y riqueza de la fauna a lo largo de la gradiente altitudinal. Nuestros resultados preliminares obtenidos de 18 ríos ubicados entre y m de altitud indican que sí. La riqueza estaba significativamente relacionada con la altura (Fig. 3A) y con la saturación promedio de oxígeno (Fig. 3B) (no había ninguna correlación entre la riqueza y la temperatura del agua de estos ríos). Sin embargo, había también una relación significativa entre la saturación de oxígeno y la altitud (Fig. 3C). Podemos quitar el efecto de la altitud sobre la saturación de oxígeno, sacando los residuales de la regresión 3C. La última regre- 36 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

39 sión demuestra que la relación entre la riqueza de la fauna y estos residuales de oxígeno ya no era significativa (Fig. 3D). En otras palabras, cuando eliminamos el efecto de la altura sobre la saturación de oxígeno, el efecto del oxígeno desaparece, lo cual quiere decir que la disminución en la saturación de oxígeno a mayor altura es un factor importante para la disminución de la riqueza de la fauna. Además, centrándonos en unas pocas especies dentro de las familias Polycentropodidae sp. (Trichoptera), Ptilodactylidae sp. (Coleoptera), Tricorythidae sp. y Oligoneuridae sp. (Foto) (ambos Ephemeroptera), que desaparecen Oligoneuridae, adulto. Figuras: Dean Jacobsen Figuras: Dean Jacobsen entre y m de altura en la naturaleza, hemos diseñado una serie de estudios para investigar más a fondo porqué esas especies desaparecen justo a esa altitud, y no por ejemplo 500 m más abajo o más arriba. En el campo estamos llevando a cabo tres estudios distintos: Primero: muestreando la fauna acuática (larvas) y midiendo parámetros físico-químicos y biológicos de los ríos, con intervalos Foto: Dean Jacobsen de altitud cortos alrededor de la altitud donde estas especies desaparecen, esperamos determinar si la desaparición de cada especie coincide con algún factor ambiental. Segundo: mediante transplantes río arriba de larvas enjauladas a altitudes encima de su límite natural, pretendemos determinar si la ausencia de larvas más arriba se debe a mayor mortalidad causada por menor temperatura y presión de oxígeno, descartando factores biológicos (competencia y depredación). Tercero: la colocación de trampas para adultos voladores terrestres y la comparación de muestras tanto de abajo como de arriba de su límite altitudinal, revelaría si la ausencia de larvas en el río arriba se debe a que los adultos voladores simplemente no llegan (por alguna razón) a esa altura a poner sus huevos en el río. También se han llevado larvas vivas al laboratorio, con el fin de medir su respiración y mortalidad a niveles de oxígeno y temperatura, manipulados independientemente, remedando condiciones a diferentes altitudes. Esto nos permite estudiar cómo reaccionan las larvas fisiológicamente cuando están expuestas a condiciones equivalentes a altitudes superiores a su límite en la naturaleza. Estos estudios son simplemente piezas de un rompecabezas amplio; pero la filosofía es que si logramos explicar la desaparición de algunas especies seleccionadas, también podremos, con más credibilidad, plantear hipótesis generales sobre las causas de la disminución en la diversidad de bichos de río a lo largo de gradientes de altura. Literatura citada Jacobsen D Influence of organic pollution on the macroinvertebrate fauna of Ecuadorian highland streams. Archiv für Hydrobiologie 143: Jacobsen D Los ríos de la Sierra Ecuatoriana - los más sensibles a la contaminación. Desafio 7: Jacobsen D. Rostgaard S. & Vásconez J.J Are macroinvertebrates in high altitude streams affected by oxygen deficiency? Freshwater Biology 48: Jacobsen D Contrasting patterns in local and zonal family richness of stream invertebrates along an Andean altitudinal gradient. Freshwater Biology 49: Rostgaard S. & Jacobsen D Respiration rate of stream insects measured in situ along a large altitude range. Hydrobiologia 549:

40 Curiosidades Científicas Control Biológico de Insectos Plaga en Palma Africana en el Ecuador Por Jean Louis Zeddam, Melany Ruiz Urigüen y Ma. Gabriela Zambrano (jlzeddam@puce.edu.ec) (mruizu@yahoo.com) (gabyzam@lycos.com) La Palma Africana en el Ecuador La Palma Africana, Elaeis guineensis Jacq., es originaria de la selva tropical de África occidental. Crece en tierras por debajo de los 500 msnm y actualmente se la encuentra en gran parte de los trópicos de todo el mundo. Su introducción a América tropical se atribuye a los colonizadores y comerciantes de esclavos portugueses, que usaban la palma como parte de la dieta de los esclavos en Brasil. Los primeros cultivos comerciales de Palma Africana en Ecuador empiezan en la década de los 50, adaptándose sin mayor problema y extendiendo su territorio con el pasar del tiempo. En el Ecuador, la Palma Africana representa una de las fuentes de ingreso más importantes del sector agrícola. El país exporta alrededor de TM de aceite de palma, ubicándose como el octavo productor a nivel mundial, con aproximadamente hectáreas sembradas principalmente en las provincias de Pichincha, Los Ríos y Esmeraldas, y se estima que este número seguirá creciendo. Miles de personas, tanto en el campo como en la ciudad, dependen de estos cultivos y de la industria que deriva de los mismos (producción y cuidado de plántulas en viveros, siembra, cosecha, sanidad vegetal, extracción de aceite, transporte, producción de derivados, comercialización, etc.). Una muestra de la importancia económica y social de estos cultivos se evidencia en el gran número de trabajadores contratados para realizar las diferentes tareas en cada plantación. En el caso de Palmeras del Ecuador, la finca de palma ubicada en Shushufindi, Oriente, genera alrededor de plazas de empleo fijas a más de contratos externos y temporales. La Palma Africana: el paraíso para algunos fitófagos Al introducir un cultivo exótico en un ecosistema, se rompe el equilibrio en el que se encontraba su gran biodiversidad. Una vez roto el equilibrio se reduce notablemente la cantidad de plantas nectaríferas que aportan atrayendo a gran variedad de organismos, entre ellos, enemigos naturales de plagas fitófagas. Adicionalmente, las plagas ya no tienen que esforzarse por buscar su alimento ya que en un cultivo de Palma Africana la encuentran de forma continua, hallando así las condiciones favorables para un crecimiento explosivo de sus poblaciones. Un cultivo de Palma Africana en buen estado se caracteriza por tener plantas con hojas muy grandes, de verde intenso, foliolos gruesos y brillantes. Sin embargo, en algunos casos se entremezclan algunos opacos, agujereados y poco agraciados, resultado del ataque de algunos enemigos provenientes del bosque ecuatoriano. A fines del 2005, la Asociación Nacional de Cultivadores de Palma Africana del Ecuador (ANCUPA) recopiló datos de plantaciones de todo el país y estableció una lista de varias decenas de plagas defoliadores que actualmente representan un problema para los cultivos de palma aceitera en el Ecuador. Algunos ejemplos de estos defoliadores son: Hispoleptis elaeidis Aslam (Coleoptera: Chrysomelidae), Brassolis Figura 1. En sentido horario: larvas de Hispoleptis elaeidis, Brassolis sophorae, Natada subpectinata y Stenoma cecropia. Foto: Melany Ruiz Urigüen 38 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

41 Fotos: Melany Ruiz Urigüen Figura 2. Palmas sanas (izquierda) y palmas devoradas por insectos defoliadores (derecha). sophorae L. (Lepidoptera: Nymphalidae), Natada subpectinata Dyar (Lepidoptera: Limacodidae) y Stenoma cecropia Meyrick (Lepidoptera: Elachistidae) (Fig. 1). Estas especies pasan gran parte de su vida alimentándose de los foliolos; encontrando así, en estos cultivos, su paraíso de recursos inagotables. Las larvas de estos insectos son defoliadoras bastante voraces, algo casi increíble considerando su pequeño cuerpecito (Fig. 2). Para el caso de algunas larvas, menos de 30 individuos por hoja es el punto en el cual larvas y palma viven sin producir o recibir daño alguno y los agricultores extraen aceite sin pérdida de producción (nivel crítico) (IRHO, 1978). Cuando un palmicultor encuentra hojas agujereadas y resecas, con el número de larvas por hoja sobre el límite crítico, inmediatamente se ve obligado a aplicar algún tipo de control de plagas. Dentro las medidas de prevención y erradicación de ataques de plagas que se llevan a cabo en una plantación están la aplicación de insecticidas químicos, que por lo general son de amplio espectro, y las podas que eliminan los sitos de refugio y alimentación de los organismos que actuarían normalmente como controladores de plagas. Los plaguicidas al no ser específicos para cada especie, no siempre solucionan el problema sino que pueden dar origen a otros entre los que se incluye el producir graves daños a la salud de los trabajadores, inclusive, puede ocasionar su muerte, en algunos casos. Uno de los productos químicos más efectivos para controlar plagas y por el que Paul Muller ganó el premio Nobel es el DDT. No obstante, se ha determinado que éste, al igual que muchos otros productos, es muy tóxico. Mariau, científico francés, en su libro Integrated Pest Management of Tropical Perennial Crops (1997), responsabilizó a las compañías encargadas de protección vegetal por catástrofes como la contaminación del río Rhin, evento que ha estimulado a muchos autores a escribir sobre los penosos daños que puede engendrar el uso indiscriminado de químicos. Por el peligro que representan algunos plaguicidas, hoy en día, han sido prohibidos y retirados del mercado. En este punto, cuando no se dispone de armas para atacar a los enemigos se deben buscar nuevas alternativas de control. Manejo integrado de plagas de cultivos de Palma Africana La nueva alternativa para mantener el equilibrio, controlando a los defoliadores de Palma Africana, sin afectar al medio y contentando al palmicultor, es el control biológico que constituye parte esencial del Manejo Integrado de Plagas (MIP). MIP es un sistema orientado a mantener las plagas de un cultivo en niveles que no causen un daño económico; por esto, se utiliza preferentemente los factores naturales adversos al desarrollo de las plagas, el uso de pesticidas únicamente se lo toma como medida de emergencia. El uso de parasitoides, plantas nectaríferas alternativas, feromonas y virus propios para cada una de las especies de plagas por tratar, es una excelente solución que contempla el MIP. Los virus son parásitos obligados que cumplen con su ciclo de vida dentro de una célula hospedera. Al ser totalmente dependientes de su hospedero para su síntesis y sobrevivencia se establece un vínculo evolutivo más íntimo entre virus y hospedero que entre cualquier otra molécula que se replique de manera autónoma. Es por esta estrecha relación entre virus y hospedero que cada virus tiende a ata- 39

42 Curiosidades Científicas car a un grupo restringido de especies o géneros de manera que es poco probable que un virus que sea usado contra las plagas afecte, también, a sus enemigos naturales y menos aún a especies no relacionadas como el hombre. Conjuntamente, los virus, al ser especies no introducidas, no representan un riesgo y permiten mantener el equilibrio ecológico. En la naturaleza, los virus pueden existir en estado latente y ser transmitidos por varias generaciones antes de que se desarrolle una epizootia favorecida por varios factores tales como condiciones climatológicas, alimenticias o fisiológicas. El hombre aprovechando esta cualidad de los virus para controlar poblaciones ha encontrado en la dispersión artificial de soluciones virales una manera de desencadenar una epizootia en una población plaga, manteniéndola así por debajo del nivel crítico, sin erradicarla por completo y sin producir daño a otros insectos. Producción de virus entomopatógenos para el MIP Actualmente, en el laboratorio de Bioquímica y Microbiología Molecular de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador se están desarrollando soluciones virales propias para controlar fitófagos considerados plaga como H. elaeidis, B. sophorae, N. subpectinata y S. cecropia. A partir de cada especie se han purificado entomovirus patógenos que están siendo caracterizados y multiplicados con el fin de producir un bioplaguicida viral, que pueda ser aplicado a gran escala como lo requieren las plantaciones de Palma Africana. La producción de plaguicidas virales se inicia con trabajo en el campo, en donde se recolectan muestras de las larvas de las especies plagas que se quiere controlar. A estas muestras se les diagnostica la presencia de virus; éste es posteriormente purificado para luego, mediante técnicas moleculares y análisis bioinformático, caracterizarlo y clasificarlo taxonómicamente, dándole así un nombre. Una vez que se conoce el virus con el que se está trabajando, se realizan multiplicaciones in vivo que permiten la producción masiva del virus. Con la formulación viral resultante se pueden realizar ensayos en el campo para evaluar la efectividad del virus como plaguicida. Un buen bioplaguicida viral debe cumplir con ciertos requisitos: Debe ser de rápida acción; es decir, debe matar a la larva lo más velozmente posible para evitar que ésta cause mayor daño a los foliolos. Dado que el virus va a estar en condiciones ambientales poco estables, debe ser resistente a variaciones en temperatura, humedad e incidencia de luz. En estos casos, la solución viral puede ser complementada con adyuvantes que otorguen a las partículas virales mayor estabilidad, y además se añaden adherentes que impiden que sean lavadas de las hojas antes de entrar en contacto con las larvas. Una de las ventajas de trabajar con virus es que una vez puestos en el campo, éstos no sólo controlan la plaga al momento, sino que pueden permanecer latentes por largo tiempo hasta el rebrote de una nueva generación de su hospedero, actuando una vez más como controladores poblacionales, manteniendo a la plaga por debajo del nivel crítico. Conservar un stock del virus, en caso de que se requiera una nueva aplicación, es bastante simple ya que basta con guardar refrigeradas las larvas muertas de la primera infección, a partir de las cuales se prepara la nueva solución viral. Este es un ciclo que se puede mantener constantemente. Esta alternativa para el control de plagas ha resultado atractiva para la industria agrícola por su bajo costo de producción y mantenimiento y sobre todo por su eficacia comprobada. Conclusiones El cultivo de la Palma de Aceite o Palma Africana es perenne, de tardío y largo rendimiento. A partir de los 3 años de vida de la palma, se inician las primeras cosechas las cuales pueden durar más de 50 años; no obstante, desde los 25 se dificulta su cosecha por la altura del tallo. Durante todos los años de producción, las fincas de palma deben ser mantenidas en óptimas condiciones lo cual implica combatir todo tipo de plaga que disminuya la producción de aceite por palma. El desarrollo de un Manejo Integrado de Plagas de cultivos de Palma Africana mediante el desarrollo de bioplaguicidas virales constituye una solución sana, óptima y al alcance de la mano de todo palmicultor. Este método de control de plagas tiene como propósito controlar las poblaciones de insectos y mantenerlas por debajo del nivel crítico, preservando el equilibrio del agroecosistema sin exterminar las poblaciones de los insectos que se pretende controlar y, sobre todo, no daña a otras especies. Agradecimientos Un cordial agradecimiento a todo el grupo de ingenieros y técnicos de Palmeras de los Andes y Palmeras del Ecuador por su apoyo económico y humano. Literatura consultada IRHO, Oil palm pests in Latin America. Oléagineux 33 (7), Mariau, Dominique Integrated Pest Management of Tropical Perennial Crops. CIRAD. Science Publishers, Inc. India. pp Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

43 Avances en el conocimiento de las briofitas ecuatorianas Por Susana León Yánez y S. Robbert Gradstein (scleon@puce.edu.ec) (sgradst@gwdg.de) Las briofitas son las más primitivas de las plantas terrestres que existen actualmente y su historia se remonta al momento en que la tierra fue colonizada desde el agua por las plantas. Las briofitas son plantas no vasculares, es decir no tienen vasos para conducir agua y nutrimentos sino que estos se difunden lentamente de una célula a otra o a través de tejidos conductores primitivos. La ausencia de tejido vascular lignificado limita el tamaño de las briofitas ya que no existe un soporte interno que pueda mantener a una planta mayor de unos pocos centímetros. Las briofitas forman parte de la rica flora del Ecuador con aproximadamente 1600 especies (Churchill et al. 2000; León-Yánez et al. 2006); se clasifican en 3 grupos: los musgos, con alrededor de 900 especies (Fig. 1), las hepáticas (algunas muy parecidas a los musgos Figs. 2-5) con casi 700 especies y los antoceros con 15 especies (Fig. 6). La presencia de las briofitas puede ser exuberante en ciertos ecosistemas como los bosques nublados de la región andina, donde se forman densas almohadillas que cubren el piso del bosque al igual que los troncos y ramas de los árboles. Estas grandes cantidades de briofitas ayudan a crear el sustrato que necesitan otras plantas como orquídeas, bromelias y helechos epífitos y ofrecen un hábitat que proporciona protección a muchos animales pequeños como sapos, lagartijas, caracoles, artrópodos y a una gran variedad de micro-organismos. Dentro del ecosistema, las briofitas tienen un papel importante en la dinámica del agua ya que actúan como esponjas que la almacenan en grandes cantidades para luego liberarla lentamente. Debido a sus especiales requerimientos de hábitat y su sensibilidad a las alteraciones, las briofitas son muy buenas indicadoras de las condiciones ambientales (Gradstein et al. 2001). En el Ecuador, las briofitas han sido poco estudiadas en comparación a otros grupos de plantas y aunque existen muchas publicaciones que incluyen registros de briofitas ecuatorianas, y para los musgos existe un listado completo (Churchill et al. 2000), las hepáticas y antoceros son mucho menos conocidos. Con el afán de reunir información concerniente a las poco conocidas hepáticas y antoceros del Ecuador, durante los dos últimos años, hemos estado colaborando con el Profesor Robbert Gradstein de la Universidad de Göttingen, quien es especialista en briofitas, y considerado mundialmente como una autoridad en este grupo de plantas. Fruto de esta colaboración, hemos elaborado el Catálogo de Hepáticas (Marchantiophyta) y Antoceros (Anthocerotophyta) del Ecuador (León-Yánez et al. 2006). Entre los resultados encontrados, podemos destacar que se ha catalogado casi 700 especies de hepáticas y 15 de antoceros, lo cuál indica que la flora de hepáticas del Ecuador es particularmente diversa y casi iguala en número de especies a la de Colombia, cuyo territorio es considerablemente mayor. Se espera que estas cifras aumenten a medida que se realicen más exploraciones e inventarios. Foto: Foto: S. R. Gradstein Foto: S. R. Gradstein Figura 1. Musgo: Sphagnum magellanicum Brid. (Típico en las turberas altoandinas). Figura 2. Hepática foliosa: Jamesoniella rubricaulis (Nees) Grolle. (Presente en Galápagos y en la Sierra). Figura 3. Hepática foliosa: Lethocolea glossophylla (Spruce) Grolle. (Crece en la Sierra). 41

44 Foto: S. R. Gradstein Figura 4. Hepática foliosa: Plagiochilla vicentina Lindenb. (Se encuentra en la Costa). Figura 5. Hepática talosa: Monoclea gottschei Lindenb. (Crece en Costa, Sierra y Oriente). Foto: S. R. Gradstein Foto: S. R. Gradstein También se evidencia una mayor diversidad en la zona oriental en comparación con la occidental o de la costa, esto se explicaría por la mayor humedad de los bosques orientales que constituyen un hábitat adecuado para las briofitas y además al hecho de que la vegetación del oriente está mucho mejor conservada que la de la costa. El análisis de la distribución de las especies de hepáticas en relación a la altitud indica un pico de diversidad entre 1500 y 2500 m, zona donde se encuentran los húmedos bosques andinos de la Sierra, conocidos por su diversidad de especies. Otro pico en la diversidad, aunque menor, se encuentra entre los 500 y 1000 m, éste se explica por las diversidad y abundancia de especies que crecen en los bosques amazónicos y en los bosques húmedos de la provincia de Esmeraldas. En relación al endemismo, se encontró que 34 especies y dos géneros (Myriocolea Spruce y Physotheca J.J.Engel & Gradst.) son endémicos para Ecuador. Myriocolea es conocida solamente de un lugar en las orillas del Río Topo, en la parte alta de la cuenca del río Pastaza, mientras Physotheca se encuentra en los páramos del Parque Nacional Podocarpus y también en los páramos de Papallacta (Engel & Gradstein, 2003; Gradstein et al., 2004, Schäfer-Verwimp et al. 2006). Dentro del grupo de especies endémicas, un interesante taxón es Spruceanthus theobromae (Spruce) Gradst., ya que es el único miembro neotropical de un género que se creía asiático. En Ecuador se lo encuentra solamente en plantaciones de cacao con baja intensidad de manejo en la parte sur de la provincia de Los Ríos (Andersson & Gradstein, 2003; Kautz & Gradstein, 2001). Literatura citada Andersson, M. S. & S. R. Gradstein Impact of management intensity on non vascular plant epiphyte diversity in cacao plantations in Western Ecuador. Biodiversity and Conservation 14(5): Churchill, S. P., D. Griffin & J. Muñoz A checklist of the mosses of the tropical Andean countries. Ruizia 17: Engel, J. J. & S. R. Gradstein Physotheca Engel & Gradst., a new genus of Hepaticae from Ecuador, belonging to a new subfamily Physothecoideae Engel & Gradst. Taxon 52: Gradstein, S. R., S. P. Chrurchill & N. Salazar Allen Guide to the Bryophytes of Tropical America. Memoirs from the New York Botanical Garden: Gradstein, S. R., M. E. Reiner-Drehwald & L. Jost The systematic position and distribution of Myriocolea irrorata (Lejeuneaceae, Hepaticae), an endangered liverwort from the Ecuadorian Andes. J. Hattori Bot. Lab. 93: Kautz, T. & S. R. Gradstein On the ecology and conservation of Spruceanthus theobromae (Lejeuneaceae, Hepaticae) from Western Ecuador. Bryologist 104: León-Yánez, S., S. R. Gradstein & C. Wegner Catálogo de Hepáticas (Marchantiophyta) y Antoceros (Anthocerotophyta) del Ecuador. Publicaciones del Herbario QCA, Pontificia universidad Católica del Ecuador, Quito. (en prensa) Schaefer-Verwimp, A., R. Wilson, S. Yandún, K. Feldberg, M. Burghardt & J. Heinrichs, Additions to the bryophyte flora of Ecuador. Cryptogamie, Bryologie (3) (in press). Figura 6. Antocero: Anthoceros punctatus L. (Crece en Galápagos y en la Sierra). 42 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

45 PLANTAS SAGRADAS Y ORNAMENTALES ANDINAS INTRODUCCIÓN El uso de plantas ornamentales con fines alucinógenos en las sociedades andinas abarca desde períodos tempranos como el Precerámico ( a.c a.c.), pasando luego por los períodos Formativo y de Integración (3 600 a.c d.c.), hasta la actualidad, según lo demuestran estudios arqueológicos y etnográficos. Esta práctica parece haber tenido una serie de empleos, que contemplaban desde los usos medicinales hasta aquellos estrictamente orientados a comprobar sus principios activos. Estos productos se usaban según evidencias arqueológicas y etnográficas, ya sea por vía oral: fumando en cigarros o en pipas; comiéndolas, ingiriéndolas vía nasal e inclusive mediante enemas. Entre algunas de las evidencias más fuertes de su uso, registradas en la cultura material de las sociedades andinas, se tiene el uso de pipas y CHUQUIRAGUA Nombre botánico: Sinónimo: Clasificación: Nombres comunes: de tabletas llamadas de rapé. Éstas, junto a otros implementos de inhalación, fueron encontrados principalmente en contextos funerarios de excavaciones arqueológicas a lo largo de diversas áreas de la región andina (costa norte de Chile, noroeste Argentino, costa del Perú y Ecuador, área circunlacustre y otras). Estos conjuntos o equipos de inhalación (tabletas, tubos inhalatorios y estuches de cuero) contienen, en su mayoría y entre otras cosas, sustancias para inhalar, que han sido identificadas mediante análisis químicos. Contradictoriamente, las plantas ornamentales no eran utilizadas para el ornato sino para fines exclusivamente sagrados y medicinales; sin embargo, no se descarta la belleza que debieron haber presentado, lo que se demuestra por los jardines que existieron en los centros ceremoniales religiosos, astrológicos y recreativos precolombinos ecuatorianos como Pumapungo, Chuquiraga jussieui J.F. Gmel. Lychnophora van-isschoti Heckel Asteraceae (Compositae) Chuquira, chuquiragua (Ecuador). Por Omar Vacas Cruz (omarvacas@yahoo.com) Ingapirca, Tulipe, Cochasquí, San Agustín de Callo, etc. De entre las plantas sagradas y ornamentales que se las ha utilizado en los Andes, podemos citar las siguientes: Achiras (Canna sp.); Achupallas (Puya sp.); Aguacolla (Echinopsis pachanoi); Arete del Inca (Brachyotum ledifolium); Arrayán (Myrcianthes hallii); Ataco (Amaranthus caudatus); Cascarillas (Cinchona sp.); Coca (Erythroxylum coca); Chamico (Datura stramonium); Chuquiraguas (Chuquiraga sp.); Floripondios (Brugmansia sp.); Frailejón (Espeletia pycnophylla); Genciana (Gentianella cerastioides); Lechero (Euphorbia laurifolia); Ñachag (Bidens andicola); Quishuar (Buddleja bullata); Taxo (Passiflora mixta). De éstas, describiré a la chuquiragua, al taxo y al floripondio. Foto: Susana León Yánez Foto: Patricio Hidalgo, Historia Es una planta que goza de fama entre los indígenas de las zonas altas de los Andes por poseer virtudes terapéuticas. Su uso se remonta a épocas precolombinas. Muchos botánicos la han denominado como la Flor del Andinista, por encontrarse adornando en solitario el paso de los andinistas en los páramos andinos. Origen y distribución Es originaria de los Andes; en el Ecuador existen dos especies de Chuquiraguas: una es endémica, y crece en 43

46 Curiosidades Científicas los páramos húmedos andinos o en zonas poco disturbadas; tiene un rango de distribución entre los y msnm. La otra es una de de las 20 especies distribuidas en los Andes desde el suroeste de Colombia hasta el centro de Chile y en casi toda la Patagonia argentina. Descripción botánica Arbusto de 0.50 a 1.50 m de altura; ramas imbricadas en la base, las superiores con cicatrices foliares. Hojas subsésiles de 0.5 a 1.5 cm de largo por 0.3 a 0.7 cm de ancho, ovadas a lanceoladas, base redondeada, ápice agudo y espinoso, margen engrosado, nervadura primaria prominente, fuertemente coriáceas e imbricadas. Flores de 30 a 50 cm; corola de 18 a 22 mm de longitud, desigualmente partida. Cipcelas de 4 a 5 mm de longitud con pappus de aproximadamente la misma altura de la corola. Usos etnomédicos En Ecuador, se le atribuye efectos tonificantes y estimulantes, así como también efectos diuréticos y coleréticos. Se la utiliza como vermífugo, sedante de la tos y febrífugo. En medicina popular se la emplea para tratamientos de afecciones hepáticas. Se utiliza la infusión o decocción, en la proporción de 3 ó 4 ramas (20 cm de largo por rama) por litro de agua y se toma una o dos tazas al día. Química Las inflorescencias contienen ésteres de xantofila del tipo β-criptoxantina y gran cantidad de derivados alquílicos (acetatos y ésteres de ácidos graso) tanto de la alfa como de β-amirina y lupeol. TAO Nombre botánico: Passiflora mixta L.f. Sinónimo: Tacsonia eriantha Benth Clasificación: Passifloraceae Nombres comunes: Curaba, Kama kama, Kita jampaway, Tumbo, Tumpu, Yopokolo (Bolivia); Curaba de castilla, Curaba, Curubo (Colombia); Tacso (Ecuador); Tacso, Tintin, Trompos, Tumbis, Tumbo (Perú); Curaba, Curaba peluda, Parcha (Venezuela). Historia Por su amplia distribución en el ecosistema circundante a la ciudad de Quito, destacándose con elegancia entre la vegetación arbustiva de las quebradas y laderas de las montañas y valles del Distrito Metropolitano de Quito y, además, por haber sido originaria de este lugar, entre otras consideraciones, el Concejo Metropolitano de Quito, en sesión del 23 de junio del 2005, resolvió declarar a la flor del taxo Passiflora mixta L.f., según resolución C-0482, Flor Emblemática del Distrito Metropolitano de Quito. Origen y distribución Foto: Rolando Vera Rodas Es originaria de América; en el Ecuador existen 91 especies de Passifloras, de las cuales 29 son endémicas y tienen una amplia distribución en todas las provincias de la sierra, crecen entre los a msnm. Descripción botánica Es una planta enredadera de tallo cilíndrico pubescente, de hojas ovadas, trilobuladas y aserradas en las márgenes, generalmente pubescentes en ambas caras; la flor es péndula y presenta una bráctea cilíndrica de color verde, pubescente por fuera y con tres lóbulos; el cáliz es tuberoso y glabro; los pétalos son blancos, rosado pálido o rosado intenso, oblongos y con el ápice obtuso, posee cinco estambres soldados en casi toda su longitud; anteras oblongas; ovario oblongo, tomentoso; tres estilos y tres estigmas. El fruto es una baya oblonga u ovoide, con pericarpio coriáceo o blando, de color amarillo al madurar; semillas obovadas, con arilo anaranjado, suculento y comestible. Usos etnomédicos Se utilizan las hojas y las flores para tratar condiciones nerviosas tales como insomnio, depresión, ansiedad, histeria y jaqueca nerviosa. Además, en el tratamiento de la diarrea y la disentería. Las semillas molidas de la fruta han sido utilizadas exitosamente como antihelmíntico. Se asegura que las hojas aplicadas soasadas y untadas con sebo, en el estómago de los niños alivia el empacho. 44 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

47 Los indígenas Kallawaya, conocidos por sus afamados curanderos y que habitan las montañas andinas de Bolivia y Perú, emplean medicinalmente las hojas frescas y hervidas en agua, en cataplasmas antisépticos sobre úlceras y en infusión contra la tos. El fruto fresco, cortado en dos, es aplicado como cataplasmas sobre los abscesos y tumores para madurarlos; en decocción, un vasito cada hora, durante cuatro a cinco días sirve para purificar la sangre en caso de furunculosis; el néctar disuelto en agua caliente, se toma contra la fiebre tifoidea. Química Las hojas y frutos contienen flavonoides, principalmente C-heterósidos de flavonas (vitexina e isovitexina, orientina e isoorientina, schaftósido e isoschaftósido, etc.), trazas de alcaloides indólicos β-carbolínicos (harmano, harmalina, harmalol, harmina), derivados β-piránicos (maltol y etilmaltol), poliacetilenos, ácidos fenólicos, cumarinas, ácidos grasos, sitosterol, estigmasterol, polisacáridos y un pequeño porcentaje de aceite esencial. Algunas especies poseen una pequeña cantidad de heterósidos cianogenéticos. Farmacología y actividad biológica En ensayos realizados en ratones se ha comprobado que, el extracto de pasiflora, prolonga el tiempo de sueño inducido por pentobarbital, reduce la actividad motora espontánea y presenta efecto analgésico. En animales de experimentación se ha comprobado que maltol y etilmaltol poseen efecto sedante sobre el sistema nervioso central, induciendo igualmente a potenciar el sueño barbitúrico y la actividad anticonvulsivante; a bajas dosis, disminuye la actividad motora espontánea. FLORIPONDIO Nombre botánico: Brugmansia sanguinea (Ruiz & Pav.) D. Don Sinónimos: Datura sanguinea Ruiz & Pav., Datura sanguinea var. flava Dunal; Datura rosei Saff; Datura rubella Saff. Clasificación: Solanaceae Nombres comunes: Guanto, guantuc (Ecuador); floripondio, trompeta de ángel (Panamá); árbol de las trompetas, trompetero, trompeta del juicio, estramonios. Foto: Omar Vacas Cruz Historia La planta fue utilizada desde épocas precolombinas; entre los Incas, fue una planta sagrada no sólo por sus virtudes ornamentales, curativas y alucinógenas, sino además porque se creía que tomando la infusión de sus hojas se era capaz de apoderarse de la voluntad de las personas, por estas razones ha sido denominada la Flor del Inca. Origen y distribución Es originaria de Suramérica; en el Ecuador existen 8 especies de Brugmansia, de las cuales tres son endémicas, crecen en las márgenes de pastizales o en los remanentes de bosques montanos, entre los 0 a 500 msnm y desde los a los msnm. Por la variada coloración de sus flores es muy utilizada en jardines particu- Floripondio: Brugmansia sanguinea (Ruiz & Pav.) D. Don 45

48 Curiosidades Científicas lares, donde sirve además como cerca viva. Descripción botánica Arbusto de 1.5 a 4 m de altura; hojas alternas de 9 a 14 cm de largo por 4.5 a 6.5 cm de ancho, ovadas, base oblicua, ápice agudo, margen lobado-dentado, haz y envés estrigosos; pecíolo de 2 a 4.5 cm de longitud, tomentoso. Flores solitarias, axilares, péndulas, pedicelo de 3 a 6 cm de largo, densamente pubérulo, cáliz gamosépalo de 7.5 a 12.5 cm de longitud verde, corola infundibuliforme de 19 a 24 cm de longitud, basalmente amarilla, anteras blancas estigmas verdosos. Usos etnomédicos En Ecuador la utilización de las flores, hojas y semillas, en pequeñas cantidades, producen efectos antiespasmódicos por lo cual han sido utilizadas en casos de cólicos. Las flores, ligeramente soasadas y aplicadas directamente sobre heridas o ulceraciones, evitan la infección y estimulan la cicatrización. Si la superficie ulcerada es grande, pueden absorberse los alcaloides a través de la piel y llegar a producir efectos tóxicos indeseables. En Panamá, para el dolor de muelas se engrasa una hoja con manteca de gallina, se la calienta y luego se la aplica en la parte afectada. La dosis letal de la escopolamina se halla alrededor de los 100 miligramos. No se conoce la dosificación exacta que pueda contener un té de floripondio. Normalmente, se prepara una dosis moderada con una flor; una dosis alta con dos a tres flores y cantidades mayores pueden resultar peligrosas y hasta letales. Química Tanto las hojas como las flores y sobre todo las semillas contienen varios alcaloides como la escopolamina, la hioscamina y la atropina, además de los variados alcaloides del grupo tropano, tales como la norescopolamina, la aposcopolamina, la metelodina, etc. La escopolamina es la que aparece en mayor proporción. Las hojas, los tallos y las flores contienen un 0.3% de alcaloides, de los cuales el 80% es escopolamina. Farmacología y actividad biológica La farmacología de los alcaloides tropánicos es muy conocida; la escopolamina tiene un efecto depresivo sobre el sistema nervioso central. Por el contenido de escopolamina y otros alcaloides tropánicos, el floripondio puede provocar alucinaciones no sólo visuales, sino también auditivas e incluso táctiles y, probablemente, por relajación de las fibras bucales produce incapacidad de hablar; el efecto puede durar de una a seis horas, según la cantidad absorbida. Otros efectos de carácter tóxico son semejantes a los de la atropina que es es una droga que actúa reduciendo los espasmos producidos en el aparato digestivo, las vías biliares, la uretra, el riñón y el útero. También es capaz de reducir las secreciones producidas por estas glándulas. Actualidad investigativa En 1989, la Asociación de Orquideología de Quito, el Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales y el Club de Jardinería de Quito suscribieron un convenio con el Ilustre Municipio de Quito, mediante el cual se convertiría el antiguo vivero municipal del parque La Carolina en un jardín botánico para la ciudad, su diseño arquitectónico paisajista definitivo estuvo listo en el 2001; finalmente, el 25 de febrero del 2005, se inauguró el Jardín Botánico de Quito, cuyo objetivo es constituirse en un referente de la conservación y educación de la flora andina del Ecuador. Tiene una extensión de m 2. Actualmente, se manejan allí alrededor de plantas de 500 especies diferentes; la mayoría pertenece a la familia de las orquídeas. Por otro lado, en el parque arqueológico de Pumapungo, ubicado en lo que hoy es la ciudad de Cuenca, se está realizando una recreación de los jardines del Inca, espacio destinado a cultivos especiales y a la reproducción de la biodiversidad andina, incluye elementos etnobotánicos y de vida silvestre. Literatura consultada Freire. A., Botánica Sistemática Ecuatoriana, Missouri Botanical Garden, FUNDACYT, QCNE, RBL y FUNBOTANICA. St. Louis, Missouri. i-ix, pp. Jorgensen, P.M. & León-Yánez S. (ed.) Catálogo de Plantas Vasculares del Ecuador. St. Louis, Missouri. Mahabir P. G. (ed.) Plantas Medicinales Iberoamericanas, Convenio Andrés Bello en coedición con el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo y Subprograma de Química Fina Farmacéutica, Santa Fe de Bogotá, D.C. 620 pp. Martínez, J., Bernal H. y Cáceres A. (ed.) Fundamentos de Agrotecnología de Cultivo de Plantas Medicinales Iberoamericanas, publicación del Convenio Andrés Bello y Red Iberoamericana de Productos Fitofarmacéuticos y el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, Santa Fe Bogotá, D.C. White, A Hierbas del Ecuador, plantas medicinales. Ediciones Libri Mundi, Quito. 46 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

49 Ecuador: Cero en conservación En 1802, Alexander von Humboldt, naturalista alemán, visitó el país. Sus observaciones de la sociedad y cultura ecuatoriana se resumen en su frase célebre: Ecuador es una nación que duerme tranquila bajo los volcanes, se alegra con música triste y es un mendigo sentado en un saco de oro. Un gran porcentaje del conocimiento biológico del Ecuador se debe gracias a que varios naturalistas y exploradores extranjeros visitaron el país tanto en la época colonial como en el período republicano. Por el aporte al conocimiento cultural, social y biológico, muchos de estos científicos podrían ser considerados más ecuatorianos que muchos nacidos en el Ecuador. En aquella época, y mucho antes en realidad, los naturalistas entendían y comprendían la necesidad de conocer y aprender de la diversidad biológica a través de las colecciones de historia natural. La sociedad civil y el poder político los apoyaba, siempre y cuando no vayan en contra de la religión. A pesar de lo que hizo y dijo A. von Humboldt, hace ya varios siglos, parece que en Ecuador no terminamos de comprender su propuesta. En pleno siglo I, muchas personas no familiarizadas con colecciones de uso científico continúan haciéndose la pregunta: Para qué sirven y para qué se hacen colecciones si ellas pueden causar impactos negativos en las poblaciones naturales y los ecosistemas? Ecuador, país megadiverso En el siglo pasado, allá por el año de 1994, Luis Coloma, uno de los mejores científicos de hoy en Por Néstor A. Acosta Buenaño (naacosta@puce.edu.ec) día del país, me dijo: Ecuador es un país megabiodiverso. Acuérdate de esta palabra: MEGABIO- DIVERSO, estará en boca de todos. Pasaron apenas 3 años y aquella palabra la escuché por otros lados. Las propuestas de proyectos de las ONG s empezaban a utilizarla como un gran gancho para gestionar recursos (millones de dólares) en pro de la conservación y uso sustentable de la biodiversidad del país. Los anfibios (ranas, sapos, salamandras y cecílidos) son un buen ejemplo de la alta biodiversidad del país. En 1991, Ecuador tenía 375 especies de anfibios descritos y reconocidos formalmente (Coloma, 1991). Al 2006 se conocen 448 especies (Coloma, , en línea). Esto significa que de 4 a 5 especies nuevas fueron descubiertas cada año, desde entonces. Una publicación Foto: Ana María Acosta 47

50 Curiosidades Científicas de la última especie descrita apareció mientras este artículo fue escrito. El descubrimiento de otras especies más continúa y se hace prioritaria y urgente esta labor. Esta diversidad de anfibios coloca a Ecuador como el tercer país con mayor diversidad de anfibios después de Brasil y Colombia, y primero si se considera su número de especies por unidad de superficie (0.017 especies/km 2 ). Esto significa que posee 3 veces más especies por unidad de superficie que Colombia y 21 veces más que Brasil. Henry Vögel, consultor del BID, realizó un estudio en el cual estima que la biodiversidad del Ecuador estaría valorada en aproximadamente 20,8 billones de dólares y que podría generar 429 mil millones de dólares en regalías. Sin embargo, esto es muy cuestionable, porque la biodiversidad, su historia natural y sus posibles beneficios socio-económicos por su uso directo, aún requieren de mucha investigación. No se puede dar valor a las cosas que no se conocen. Si el estudio de H. Vögel consideró únicamente los recursos y ciertos aspectos conocidos de estos al momento de su estudio, definitivamente la valoración y las regalías sugeridas son muy conservadoras. Un ejemplo de esto constituye el caso de la epibatidina, que es un alcaloide sintetizado por la piel de Foto: Martín R. Bustamante la rana ecuatoriana Epipedobates anthony cuya propiedad analgésica es 200 veces más potente que la morfina. La venta de los productos derivados de esta molécula para investigaciones de prueba para posibles usos aplicados está generando ganancias millonarias a las farmacéuticas internacionales que la patentaron. Ahora ya se conoce que el potencial para uso clínico es viable; esto significa que las ganancias aumentarán sustancialmente. Conservación versus conversación En un artículo del diario El Comercio del 3 de noviembre del 2005, se menciona que, según el Ministerio del Ambiente, los bosques del país ocupan la mitad de todo el territorio nacional. Esto quiere decir Km 2, equivalente a hectáreas. En el mismo artículo se menciona que según datos del Clirsen, en Ecuador se deforestan 198 mil hectáreas de bosque al año. El Ministerio del Ambiente menciona no tener estadísticas oficiales sobre el tema. A esta tasa de deforestación en 65 años los bosques ecuatorianos desaparecerán. La industria maderera tiene más de 30 años en el país. Haciendo cálculos conservadores se estima que en cada hectárea de bosque talado se pierden más de 21 mil especímenes de anfibios y otros millones entre insectos, reptiles y otros animales. Cuánta biodiversidad se ha perdido, se está perdiendo y se perderá por la tala de bosques y otras causas como las emanaciones de gases y derrames de las industrias petroleras, mineras y otras que afectan el ambiente? En el noroccidente de Esmeraldas, en los cantones de Borbón y San Lorenzo, entre 1995 y 1997 pude ser testigo del operativo sin fines de lucro que varias ONG s ejecutaban para investigar y conservar la flora y fauna nativas, evi- 48 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

51 Tabla 1. Detalle y resultados obtenidos del estudio de caracterización poblacional de herpetofauna realizado por el QCAZ en la Reserva de Producción Faunística Cuyabeno Transectos 3 Resultados largo (m) Anfibios ancho (m) 5 Individuos capturados 697 alto (m) 3 n.º de especies 78 Área (m 2 ) Reptiles Localidades 8 Individuos capturados 153 Área total (m 2 ) n.º de especies 26 m 2 / ha Área total (ha) 12 Total especies registradas en la Reserva Anfibios 84 Área de la Reserva (ha) Reptiles 53 Relación Estudio / Reserva 0,002% Registros nuevos 2 tar la tala del bosque tropical, la degradación de la calidad de vida de los pobladores locales, el fortalecimiento organizativo de la gente y la formación de personal local altamente capacitado en temas legales, ambientales y de salubridad. No es fácil disponer de datos exactos de cuántos millones de dólares se invirtieron en los 15 años del proceso socio-ambiental. Los números van desde 12 hasta 20 millones de dólares. Los resultados obtenidos: mejoramiento de la calidad de vida de los miembros de las ONG s, incremento de la tala del bosque, pérdida de biodiversidad, degradación de la calidad de vida de los pobladores locales, insalubridad, entre otros resultados fácilmente visibles si uno va para allá. Lo increíble es que este caso no es único en el país como lo muestra El Comercio en su edición del 26 de enero del 2006 en su artículo Chimborazo está llena de fundaciones y de pobreza. Lo anterior contrasta con la forma en que los científicos realizan su trabajo. Los recursos utilizados para realizar investigación han sido y son muy limitados. Las metodologías de investigación y colección de especímenes no son destructivas y buscan causar la mínima intervención al hábitat natural donde se presentan y desarrollan las especies obteniendo la mayor información posible del lugar. Sin embargo, esta actividad es muy criticada y poco comprendida por las autoridades competentes como el Ministerio del Ambiente y personas relacionadas con la conservación. Intentando comprender las razones del rechazo a la ciencia, pensamos que quizá sea porque la actividad científica necesita contar con evidencia (muestras testigo) para sustentar sus resultados y conclusiones. Para esto, se deben realizan colecciones de plantas y animales para cada especie y es necesario sacrificar unos pocos especímenes a fin de conocerlas y saber más aspectos sobre su forma de vida. Al realizar un inventario o monitoreo utilizando técnicas adecuadas, buena planificación y diseños estadísticos establecidos, la obtención de óptimos resultados está garantizada. En las investigaciones que desarrolla el Museo de Zoología de la PUCE, los especímenes testigo colectados son depositados en la colección del QCAZ. De su análisis e información asociada, se obtiene información importante para el conocimiento y la correcta valoración de los recursos naturales del país. Un ejemplo de esto constituye el estudio para caracterizar la herpetofauna de la Reserva de Producción Faunística Cuyabeno (Tabla 1). Este tipo de estudio, por la escasez de recursos, no puede ser realizado periódicamente como se lo debería hacer. Asumiendo que se lo haya realizado desde 1991, año en que la investigación herpetológica del QCAZ inicio con fuerza, hasta la fecha (2006) se habría muestreado apenas el 0,03% del área del Cuyabeno (180 ha). Resulta preocupante si comparamos con la tasa actual de deforestación: El Cuyabeno desaparecería en 3 años! Existen estudios que demuestran que el número de individuos de anfibios colectados en un área determinada y restringida no tiene efecto alguno sobre la población de la especie, sobre todo si se lo relaciona con el número total y su tasa de reproducción. La colección de relativamente pocos especímenes para responder importantes preguntas científicas tiene un mínimo efecto sobre la biodiversidad; su correcta conservación en los museos es importante. Veinte en conservación El QCAZ tiene 24 años de aporte científico al país. Ha trabajado intensamente por salvaguardar los recursos naturales de Ecuador. La colección de Historia Natural del QCAZ, reconocida a nivel internacional, es una de las más importantes de América del Sur. La colección cuenta con más de 1 millón de especímenes de invertebrados y 40 mil especímenes de vertebrados. Los resultados obtenidos de las investigaciones y trabajos basados en las colecciones del 49

52 Curiosidades Científicas QCAZ han sido muy variados y de alta calidad (Tabla 2). Tabla 2. Resultados obtenidos de las investigaciones y trabajos basados en las colecciones del QCAZ Museo de Zoología (colección) Sección Vertebrados: especímenes Sección Invertebrados: especímenes Especies nuevas descritas en base a la colección Anfibios 27 Reptiles 3 Mamíferos 4 Invertebrados +200 Tasa anual 9 Publicaciones Científicas +80 Divulgación 17 Láminas educativas 7 Vídeo 1 Exhibición "SAPARI" Duración 3,5 meses Visitantes Especies exhibidas 30 Página WEB ( Visitas año Áreas especializadas AmphibiaWebEcuador ReptiliaWebEcuador MammaliaWebEcuador AvesWebEcuador Balsa de los sapos Áreas protegidas RPF Cuyaben PN Yasuní BI Otonga Áreas en desarrollo Lista roja de anfibios del Ecuador Guías naturalistas Claves de identificación Un ejemplo de trabajo tesonero y de aporte científico constituyó la más grande exhibición de ranas vivas de Latinoamérica (SAPARI) que recibió más de 103 mil visitantes, contó con la felicitación y reconocimiento de organismos internacionales y científicos de alta categoría y una amplia cobertura de los medios de comunicación del país. Los científicos del QCAZ también han identificado varias posibles causas de las extinciones masivas de anfibios en los Andes ecuatorianos y han establecido la presencia de enfermedades y malformaciones asociadas a patrones climáticos anormales causados por el cambio climático global. Participan activamente de los grupos de discusión mundial sobre el problema de las declinaciones de anfibios. Cada especie nueva, cada hallazgo, cada publicación y cada aporte del QCAZ permiten incrementar el conocimiento y la valoración de la biodiversidad del país para una conservación seria y fundamentada. Aporta a otras actividades e instituciones como el turismo, ONG s, entidades públicas y privadas, centros de educación, centros de salud, centro agropecuarios, entre otras, para que cuenten con información verdadera y actualizada para sus gestiones. El QCAZ, como custodio de los recursos naturales del país, ha contado con medios económicos principalmente de índole personal y de la PUCE para cumplir con su responsabilidad. Busca la forma de garantizar una adecuada administración de los especímenes representantes de parte de nuestro patrimonio natural, con la responsabilidad de garantizar la preservación de éstos mediante el cumplimiento de los más altos estándares internacionales. Sin embargo, el Estado, en vez de facilitar y estimular la investigación y el conocimiento de su biodiversidad, promueve y permite actividades que provocan la pérdida permanente de los recursos naturales del país. No se apoya en asesores apropiados (que sí los hay en nuestro país) para la toma de decisiones, formulación de leyes y elaboración de planes nacionales de conservación. Conclusión Cuánto conocimiento (traducible en beneficios en diferentes actividades) para el país podríamos haber obtenido si se hubiera colectado un espécimen en cada una de esas hectáreas que ya fueron deforestadas los años anteriores? Nunca lo sabremos, mientras tanto los científicos nacionales seguirán luchando para obtener los permisos de investigación cuyo trámite demora de 4 meses a 1 año y medio. Permisos cuyo fin es investigar para conocer y divulgar las bellezas y riquezas del país. Ecuador es un país megabiodiverso que requiere acciones inmediatas para salvaguardar su patrimonio natural. El potencial económico de los recursos naturales del país es enorme. No podemos conservar y/o aprovechar lo que no se conoce. El país requiere de una reforma cultural y educativa enorme que valorice el conocimiento científico y la oportunidad única de vivir en un país cuya riqueza natural es inmensa y que aún queda mucho por conocerla. La única forma de que el país ejerza soberanía sobre sus recursos naturales es descubriéndolos, catalogándolos, estudiándolos y divulgando el conocimiento. Las firmas de acuerdos internacionales para el uso y beneficio de los recursos genéticos sin tener el conocimiento del patrimonio en cuestión, únicamente servirán de ventanas abiertas para la fuga de nuestra riqueza. Bibliografía Coloma, L. A (ed) Anfibios de Ecuador. [en línea]. Ver. 2.0 (29 Octubre 2005). Museo de Zoología, Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Quito, Ecuador. < ec/zoologia/vertebrados/amphibiawebec/index.html>[consulta: 6/04/2006]. El Comercio (Quito), 3 de noviembre del El Comercio. (Quito), 26 de enero del Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

53 La Sucesión De Fibonacci Por Baldovino Lamirata Carigli Premisa Los números de Fibonacci están presentes a menudo en varias situaciones matemáticas y naturales (animales y plantas); pero, como tantas perlas matemáticas, no se tratan con el debido resguardo ni en el colegio ni en la universidad. Y sin embargo, éste es un ejemplo de tema matemático que debería hacer parte del programa de Matemática que remplazaría finalmente a todos los cálculos inútiles y aburridos que tienen que desarrollar los pobres estudiantes colegiales y no. Cálculos que, ya lo saben también las paredes de las aulas, pueden hacer fácilmente y en seguida las calculadoras CAS. Introducción Leonardo Pisano ( ), llamado Fibonacci (Fig.1), o sea fillio di Bonacci (hijo de Bonacci), introdujo los números que llevan su nombre en su tratado de aritmética Liber abbaci de 1202 (edición de 1228). Él propuso la solución de un problema de conejos. Luego de observar que los conejos no se reproducen por pares, pues paren normalmente hasta diez hijos a la vez (quizás se trataba de palomas; pues, éstas sí paren casi siempre dos hijos), enunciamos el problema: Cuántas parejas de conejos se obtienen en un año si cada pareja da a luz otra pareja todos los meses y las parejas más jóvenes se Figura 1 reproducen en el segundo mes de vida?" (Se supone que los conejos nunca mueren). 1. A final del primer mes hay todavía 1 sola pareja. 2. A final del segundo mes la hembra genera una nueva pareja, por lo cual ahora hay 2 parejas de conejos. 3. A final del tercer mes la hembra original genera una segunda pareja, dando lugar a 3 parejas en total. 4. A final del cuarto mes la hembra original genera una nueva pareja y la hembra nacida dos meses después genera su primera pareja. Tenemos así 5 parejas. El número de las parejas de conejos a comienzo de cada mes será: Comienzo del mes: Número de parejas: Por ende, el número de parejas de conejos que hay al transcurrir el año es 233. Éstos son los números de Fibonacci que, a partir del tercer término, son cada uno la suma de los dos anteriores, así que la sucesión queda definida por recurrencia de estas fórmulas: F 1 = 1, F 2 = 1, F n = F n-1 + F n-2 Vamos a ver algunas de las múltiples propiedades de esta sucesión, a partir de una fórmula cuya demostración podrá entenderla también un estudiante de colegio. 51

54 Curiosidades Científicas Las fórmulas de Just y Binet En 1971, E. Just escribió A note on the nth term of the Fibonacci secuence, en donde se encuentra este maravilloso teorema. Teorema de Just: Sea x una solución de la ecuación x = x + 1, es decir x = o x =. 2 Entonces, para cada n > 0 resulta: La fórmula que expresa el término n-ésimo F n de la sucesión de Fibonacci la halló Abraham De Moivre en 1718, la demostró Nicolaus Bernoulli diez años más tarde, la volvió a descubrir Jacques Binet ( ) y hoy se conoce como fórmula de Binet: a F n = x n = xf n + F n 1 n 5 n ( a) con a = Se prueba en pocos pasos, casi por arte de magia: Las raíces de la ecuación x 2 = x + 1 son a y a -1 ; remplacémoslas en la fórmula de Just: (-a) n = -af n + F n-1, a -n = a -1 F n + F n-1. Sustraemos la primera de la segunda igualdad: a -n - (-a) n = [a -1 - (-a)]f n = que es la fórmula de Binet. 5 F n Dos consecuencias De la fórmula de Just se deducen fácilmente las siguientes fórmulas: (a) F i F j + F i+1 F j+1 = F i+j+1 (b) F i+1 F j - F i F j+1 = (-1) i F j-i, j > i y de las fórmulas (a) y (b) se deducen como casos especiales las clásicas fórmulas de los números de Fibonacci, conocidas por vías más complicadas: 2 2 (1) F n + F n+1 = F 2n+1 Se sustituye en la ecuación F i F j + F i+1 F j+1 = F i+j+1, i y j con n. 2 2 (2) F n+1 - F n- 1 = F 2n Es: 2 2 F n + F n+1 = F 2n+1, 2 2 F n- 1 + F n = F 2(n-1)+1 = F 2n-1 Restemos miembro a miembro: F n F n- 1 = F 2n+1 - F 2n-1 = F 2n. (3) F n es un divisor de F 2n 2 2 Es: F 2n = F n+1 - F n-1 = (F n+1 - F n-1 )(F n+1 + F n-1 ) = F n (F n+1 + F n-1 ) 2 (4) F n-1 F n+1 = F n + (-1) n Se sustituye en la F i+1 F j - F i F j+1 = (-1) i F j-i, i con n - 1 y j con n: F n 2 - F n-1 F n+1 = (-1) n-1 F 1 = (-1) n (-1) -1 = -(-1) n. La paradoja de Fibonacci. 2 La fórmula (4): F n-1 F n+1 = F n + (-1) n explica la paradoja de Fibonacci, según la cual un cuadrado de dimensiones 88 unidades y un rectángulo de dimensiones 135 unidades tienen la misma área. La figura muestra el cuadrado y el rectángulo divididos en cuatro partes respectivamente iguales, luego con la misma área. Sin embargo, el área del cuadrado debe valer 64 y la del rectángulo 65. A dónde se fue un cuadradito unitario? 52 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

55 Como ocurre muchas veces con las paradojas geométricas, un dibujo bien hecho desvela el engaño. Al descomponer el cuadrado en las cuatro partes que se muestran y al componer el rectángulo con estas partes, aparece una sutil grieta en forma de paralelogramo que tiene por área exactamente 1. (En efecto, la razón entre los catetos 3 y 8 no es igual sino menor que la razón entre los catetos 5 y 13). Tomando como base del paralelogramo la hipotenusa de uno de los triángulos rectángulos, se puede calcular fácilmente la altura del paralelogramo. Resulta: 2 2 base= = 73 y como el área vale 1: 1 altura= 0,12 73 En el caso de cuadritos unitarios de 5 mm de lado, como los de los cuadernos, la altura del paralelogramo es = 0.6 mm y al usar un lápiz de grueso 0.6 mm, el entero paralelogramo queda oculto en la diagonal del rectángulo. 2 Ahora, se observa que 3, 5, 8, 13 son cuatro números de Fibonacci consecutivos, para los cuales vale la fórmula F 5 F 7 = F 6 + (-1) 6, esto es, 5 13 = , que geométricamente significa que el rectángulo es equiextenso al cuadrado más un cuadrito unitario (por eso la grieta). La paradoja se hace siempre más espectacular si vamos considerando cuaternas de números de Fibonacci consecutivos siempre mayores, pues la altura del paralelogramo se vuelve siempre más pequeña. Por ejemplo, con 5, 8, 13, 21 se obtiene un cuadrado de lado 13 y un rectángulo de lados 8 y 21; la base del paralelogramo vale luego la altura vale que en el caso de cuadritos unitarios de 5 mm, corresponde a = 0.35 mm! Obsérvese la fórmula correspondiente: 2 F 6 F 8 = F 7 + (-1) 7, esto es, 8 21 = Geométricamente significa que el rectángulo es equiextenso al cuadrado menos un cuadrito unitario (por eso que ahora, en lugar de una grieta, hay un paralelogramo superpuesto.) Para concluir Y la sección áurea? Los números de Fibonacci y la sección áurea tienen mucho en común; por esto, nuestros colegiales y nuestro futuros arquitectos y biólogos deberían conocer la relación que los vincula. Pero, como se acostumbra decir, ésta es otra historia Literatura consultada xoormer.virgilio.it/maurocer/art67.htm rea/serie_fibo.htm digilander.libero.it/critoroloc/aureoweb.htm 53

56 Gente que hace historia César Enrique Jácome: un Secretario de calidad Foto: Esteban Baus Si usted todavía no ha tenido la suerte de encontrarse con una persona, cuya voz, actitud y acciones inspiren confianza y tranquilidad, le recomendamos acuda a la Secretaría de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la PUCE, en ella se encontrará con un hombre entrado en años, de pelo cano, clásico bigote, rostro amable, que le atenderá de una manera solícita y cortés. Su nombre es César Enrique Jácome. Los amigos le decimos Cesitar; los demás, licenciado Jácome. Desde el 5 de septiembre de 1988, ha ejercido con responsabilidad y capacidad las funciones de Secretario de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; metódico, como es, ha ido registrando, con su puño y letra, en cuatro cuadernillos, los diferentes aspectos del convivir histórico de la Facultad. Por esto, cuando en 1998, nuestra Facultad editó el Prospecto General por los diez años de su fundación, el Lic. Jácome, en su artículo La Facultad de Ciencias Exactas y Naturales en cifras, 1 señaló, con exactitud y esmero, los datos puntuales acerca del proceso de creación de esta Facultad, de la permanencia de decanos, número de profesores, porcentaje y número de graduados, etc., etc. Todos los días le vemos caminar, lento pero seguro, hacia su oficina que queda en el 4.º piso del Edifico de Ciencias. No utiliza ascensor, prefiere robustecer su corazón subiendo gradas. De un modo sencillo y respetuoso, saluda al estudiante, al profesor, a las autoridades, al personal administrativo y de servicio. Está siempre dispuesto a colaborar, a contribuir, y, con mucho tino, con humildad, aconseja cuando a menester. Por su espíritu sosegado y afable, podríamos decir que casi pasa desapercibido en nuestra Facultad. Sólo aquellos que tenemos el privilegio de conocerlo mejor, sabemos que este Señor Secretario también escribe artículos para el diario La Gaceta de la ciudad de Latacunga. Justamente, esos escritos han sido recogidos en dos libros de Por Alberto Rengifo A. (arengifo@puce.edu.ec) reciente publicación: Reminiscencias (2005) y Sabiduría Popular (2006). A propósito de Reminiscencias, me permití escribir, en la presentación que hiciera de este libro, que la prosa de Jácome es fluida, clara y atrayente 2, que César, con la pupila del recuerdo, con la magia de un corazón bueno y con la precisión y sutileza de maestro deja grabado también para la posteridad un sinfín de remembranzas que van tejiendo la memoria colectiva de Pujilí. 3 Sí, César Enrique Jácome nació en esa hermosa y feraz tierra llamada Pujilí. Su niñez estuvo cobijada por la sábana de un firmamento azul salpicado de rutilantes estrellas y también estuvo arrullada por el concierto matinal de gorriones, mirlos, jilgueros, quindes y güirachuros. El niño se hizo joven, y el joven emprendió la hermosa jornada de convertirse en Maestro ; por esto, estudió en el Normal Rural de Pujilí. Y cuando se graduó, sus pasos se encaminaron a los más 54 Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

57 apartados lugares de Cotopaxi y del país, para entregar, con el ímpetu de su juventud, no sólo el alfabeto sino toda acción vivificante que permitiese al hombre entender que se cosecha lo que se siembra, y que el trabajo, la bondad y la perseverancia son los mejores abonos para hacer crecer un corazón bueno, sencillo y generoso. Su deseo de aprender más, le trajo a Quito y entró a estudiar en el Normal Juan Montalvo, de esta manera obtuvo su título de Profesor Normalista. No contento con esto, alternado un intenso trabajo y universidad, obtuvo en la Universidad Técnica de Loja el título de Licenciado en Ciencias de la Educación, especialización Pedagogía. Con todos estos datos y muchos otros que por el espacio no los podemos consignar, acudimos donde César, para mediante preguntas y respuestas redondear la imagen física y espiritual de este gran funcionario y amigo que la suerte nos puso en nuestro camino. César, cuando empezó a trabajar en la PUCE? Desde el 18 de septiembre de 1978, desempeñé las funciones de Secretario de las Facultades de Ciencias de la Educación, Ciencias Humanas y de la Escuela de Psicología, simultáneamente. Además, fui profesor por espacio de nueve años de Metodología del Trabajo Científico y Legislación Escolar en la especialización de Docencia Primaria. Fue un trabajo arduo, intenso. Trabajaba 10 horas diarias y el tiempo no me alcanzaba; por esto, tenía que venir también los sábados. Le interrumpo e interrogo: Seguramente, le pagaban las horas extras del sábado? Dibuja una amplia sonrisa, y me contesta: en la Católica nadie le obliga a trabajar horas extras, pero tampoco nadie le prohíbe. Usted, yo, todos los que trabajamos horas extras lo hacemos motivados por cumplir a cabalidad nuestras funciones, porque amamos esta Universidad, y cuando se ama no se piensa en cosas materiales. Volvamos a sus inicios en la Católica, qué de especial recuerda de sus comienzos como Secretario? En especial, recuerdo con mucho aprecio a los dos decanos de Ciencias de la Educación: doctores Manuel Corrales Pascual y Hernán Andrade Tobar. Sus consejos, su voz de aliento, me entusiasmaron y motivaron a realizar un trabajo de calidad. Quien me orientó en el desempeño de mi labor fue también el Dr. Manuel Freire, entonces Secretario General de la PUCE. Y como Secretario de nuestra Facultad? Ah, inolvidables recuerdos!, que cada vez que los evoco vigorizan mi espíritu. En 1988, en lo que respecta a la secretaría todo estaba por hacerse. Figúrese que no teníamos ni siquiera una máquina de escribir; por esto, tuve que escribir unos cuantos oficios a mano, dirigidos a autoridades y profesores. Luego, fui grato testigo del crecimiento físico y humano de nuestra Facultad, gracias al dinamismo, entrega y ejecutividad de los diferentes decanos que la han dirigido y la dirigen en la actualidad. Cuál es el rol que debe cumplir un Secretario de Facultad? Conocer la ley, reglamentos y normas que regulan las diferentes actividades de una facultad. Provisto de estos conocimientos, utilizar el buen juicio para sugerir a las autoridades lo que procede. Ser el organizador y guardián de todos los documentos que tienen que ver con el acontecer histórico de la facultad. Dar trámite, ágil y oportuno, a las diferentes peticiones que realizan, estudiantes, profesores, etc. César, se siente feliz como Secretario de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales? Totalmente! Mis mejores años, se puede decir, los he pasado aquí. Disfruto de lo que hago, y gozo de la consideración y aprecio de autoridades, profesores y estudiantes. Tengo un equipo de trabajo serio, respetuoso, productivo. Doña Pilar Salvador, Clemencia Gómez y Elena Rivera siempre están dispuestas a laborar solidariamente. Su mensaje? Todos, absolutamente todos, debemos preocuparnos que nuestra Pontificia Universidad Católica del Ecuador mantenga y acreciente su excelencia académica y humana. Cada uno de nosotros, desde el sitio en el que nos encontremos, debemos ser el testigo fiel de una vocación de servicio a la comunidad, al país. El momento que me despido, al estrechar su mano y mirar sus ojos serenos, siento que una gran energía recorre mi cuerpo. César me agradece de corazón por esta entrevista, cuando debería ser yo, cuando deberíamos ser todos los que tendríamos la obligación de agradecerle por hacernos entender que la vida es digna de vivirse con altivez, cuando se ha entregado a manos llenas fe, esperanza y amor a los demás. 1. Cfr., Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Prospecto General. 10 años al servicio de la Comunidad. Septiembre, 1988; septiembre, 1998, Quito, ArtSignlmage, 1998, pp Alberto Rengifo, Con la pupila del recuerdo, César E. Jácome, Reminiscencias, Quito, Imprefepp, 2005, pp. xiii-xiv. 3. Ibid. 55

58 NOTICIENCIANOTICIENCIANOTICIENCIA El consumo de café y la salud En la actualidad se conoce que el consumo de café se ha reducido considerablemente en varios países Europeos y en Estados Unidos, al contrario de lo que sucede en países latinoamericanos productores del grano. Las principales causas por las que se atribuye esta disminución son las siguientes: elevados precios del café, disminución de los ingresos de los consumidores, efecto de la competencia intensiva de otras bebidas junto con las campañas anticafé en el ámbito de la salud, cambios de preferencias de los jóvenes en materia de bebidas y veranos excepcionalmente calurosos. Cabe recordar que durante los años cafeteros a , el 54% del consumo mundial se atribuía a tres principales países compradores: Estados Unidos, Alemania y Francia; si a estas naciones se suma el consumo de Japón e Italia, durante los años a , el consumo mundial subiría a más del 70%. 1 El café, oriundo de Arabia, bebida que se prepara por infusión de los granos tostados y molidos del árbol del cafeto, contiene sustancias bioquímicamente activas, entre ellas la cafeína, la cual provoca una estimulación al sistema nervioso central; además, se considera al café como una fuente considerable de antioxidantes (compuestos fenólicos y polifenoles), lo que contribuye a evitar que se produzcan daños fisulares por radicales libres. El café contiene entre 200 a 500 mg de compuestos fenólicos por taza, en especial de ácido clorogénico, pues cada taza contiene entre 35 a 325 mg de este ácido. Los ácidos clorogénico y fenólico, encontrados en el café, podrían ser beneficiosos para la prevención del cáncer colorrectal en los seres humanos; pues, su efecto es similar al que producen los taninos 2. Este hecho debe ser confirmado realizando otras investigaciones al respecto. El café puede considerarse como una bebida controversial, puesto que no se definen sus efectos dañinos o beneficiosos. Por esto, es preciso conocer ciertos estudios realizados en los que se reconoce el beneficio de consumir café para contrarrestar enfermedades del nuevo milenio. Científicos de la Universidad de Harvard en Estados Unidos registraron, a largo plazo, los hábitos alimenticios de hombres durante 12 años, y de más de mujeres durante 18 años. También midieron los consumos diarios de café normal y descafeinado. Los autores constataron que los hombres que bebían más de seis tazas de café al día presentaban un 50 por ciento menos de posibilidades de sufrir diabetes tipo 2, que quienes no tomaban café. Entre las mujeres, el riesgo se reducía en un 30 por ciento. Estos científicos estadounidenses aseguran que la cafeína disminuye los niveles de azúcar en sangre y eleva el gasto energético a corto plazo. Además, tanto el café normal como el descafeinado contienen grandes cantidades de sustancias antioxidantes, como el ácido clorogénico (uno de los compuestos responsables del sabor de la bebida). Este ingrediente podría mejorar la sensibilidad a la insulina y contribuir a la reducción del riesgo de diabetes tipo 2. En el año 1995, en hombres en Honolulu, Estados Unidos, se realizó la investigación para comprobar la relación que existe entre el consumo de café y té, y la enfermedad de Parkinson. La edad media de desarrollo de la enfermedad de Parkinson en 102 hombres fue 74 años (rango 54 a 89 años). Los bebedores de café tuvieron una incidencia significativamente menor de enfermedad de Parkinson comparado con los hombres que no tomaron café, como se observa en la figura 1. 3 Por Wendy Heredia Rojas wheredia@puce.edu.ec Figura 1. Incidencia de Enfermedad de Parkinson y consumo de café. En conclusión, a pesar de todos estos beneficios del consumo del café, se recomienda no ingerir en dosis elevadas; es aconsejable tomar pocas tazas, quizás 3 a 4 al día. Además, se debe considerar las características individuales de las personas que consumen esta bebida; puesto que se atribuye al consumo de café el aumento del ritmo cardiaco y el incremento del nerviosismo. Así que no beba mucho café; por lo menos, hasta que se confirmen los efectos reales de sus múltiples constituyentes en la salud humana. 1 Cifras tomadas de Best Investments: Daily Coffee Newsletter, en 2 Nepka C., Sivridis E., Antonoglou G., Kortsaris A., Chemoprotective activity of low dose dietary tannic ACDI administration in hematoma bearing male mice. Cancer. Lett, 1999, 141 (1-2): GW Ross et al. Association of coffee and caffeine intake with the risk of Parkinson disease. JAMA : Nuestra Ciencia n.º 8 (2006)

59 NOTICIENCIANOTICIENCIANOTICIENCIA La BALSA de los SAPOS leva anclas Por Verónica Cano M. y Miguel A. Rodríguez V. (balsasapos@puce.edu.ec) Luis A. Coloma (Hyla imágenes) Ala vanguardia de los esfuerzos que se realizan a nivel mundial para enfrentar la crisis de extinción los anfibios, el laboratorio de herpetología ha puesto en marcha el proyecto Balsa de los Sapos. Este tiene el propósito de implementar un Plan Estratégico para la Conservación de los Anfibios Ecuatorianos en Riesgo de Extinción. A finales del 2005 se inició la gestión del proyecto con la sociedad civil ecuatoriana, el sector privado y agencias de cooperación internacional. Con la visión de apoyar la ejecución de esta importante iniciativa, la Escuela de Ciencias Biológicas de la PUCE otorgó los fondos necesarios para establecer un centro piloto para la investigación, manejo y conservación ex situ de anfibios en riesgo de extinción. El Zoológico de Saint Louis, USA, financia el equipamiento del centro piloto, y la incorporación de diez especies andinas al programa de manejo. Adicionalmente, y con el respaldo de Conservación Internacional, se estudia y maneja a Atelopus sp. de la Amazonia Ecuatoriana, y se llevará a cabo una investigación sobre los anfibios amenazados del Chocó Ecuatoriano. Esta última permitirá integrar especies de esta región al manejo ex situ. Por otra parte, la American Zoo and Aquarium Association (AZA) otorgó dos becas para que el personal del laboratorio de herpetología reciba capacitación en el exterior sobre técnicas de manejo ex situ. Actualmente, se realizan gestiones para instalar en la PUCE el primer Laboratorio Especializado en Enfermedades Infecciosas de Anfibios. Este laboratorio permitirá diagnosticar con técnicas de PCR a la quitridiomicosis (enfermedad letal para los anfibios), monitorear su avance y desarrollar acciones emergentes para contrarrestar ésta y otras enfermedades. Para mayor información sobre el proyecto y cómo puede Ud. colaborar, diríjase a: Abrazo nupcial (amplexus) de Atelopus spumarius del Río Pucayacu, Provincia Pastaza. Esta especie es una de las últimas sobrevivientes del género Atelopus. 57

60 . Fotos: Rolando Vera R. y Omar Vacas C. Flora andina