Biolonita: LEGO y las estructuras homólogas

Todo es fabulosooooo a la luz de la evolución

¡Llega la LEGO Película 2! Emmet, Lucy y Batman regresan a la gran pantalla dando caña. Entre tantos nuevos escenarios, naves espaciales y piezas de DUPLO, ¿sabríais decir qué es lo más fabuloso de las piezas de LEGO? Para mí, lo mejor son las infinitas posibilidades que contienen estos pequeños ladrillos. Partiendo de unas pocas piezas básicas, los LEGO permiten construir casi cualquier cosa, algo que también ocurre en la naturaleza. Durante los procesos de evolución de las especies, las estructuras (huesos, músculos…) se modifican en base a las anteriores para convertirse en formas nuevas, como si añadiésemos y quitásemos piezas de construcción. Veamos este fenómeno en más detalle ¡jugando con LEGO!

El mayor Maestro Constructor

Si examinas detenidamente la anatomía de diferentes especies de vertebrados, te darás cuenta de que todos tienen una estructura básica muy similar: cráneo con huecos en los mismos sitios, columna vertebral, costillas, patas (en la mayoría de los casos)… Lo que es más, al fijarte en profundidad podrías ver que la manera en que se colocan los huesos con respecto unos de otros también sigue un patrón común, como si unos ladrillos encajaran perfectamente con otros de manera predeterminada. ¿Cómo es esto posible?

TheodosiusDobzhansky, un famoso genetista, dijo una vez que “en Biología, nada tiene sentido si no es a la luz de la evolución”, convirtiéndola en una de las citas más célebres de este ámbito. La evolución es precisamente la explicación para que en grupos diversos de animales observemos estructuras similares, un fenómeno que estudian varias ramas de biología comparada como la paleontología o la embriología. La evolución tal como la entendemos es un inmenso “Maestro Constructor” que se basa en pequeños cambios sobre las formas existentes, de tal manera que en una especie el dedo de una mano puede ir alargándose a lo largo de millones de años para convertirse en una pata con pezuña, pero no es posible que de una generación a otra aparezca una extremidad extra.

Esta es la secuencia que se ha establecido para la evolución de la pata del caballo actual (género Equus) tal como lo conocemos hoy en día. En la secuencia aparecen algunas de las especies fósiles emparentadas con el caballo que se han encontrado hasta la fecha y que se cree que fueron estadios anteriores de este carácter.

Soy como tú, eres como yo

Estas variaciones evolutivas terminan por generar la enorme variación de estructuras equivalentes presentes en los vertebrados. Es lo que denominamos homología (del griego homos, “semejante”, “parecido”, y logos, “palabra”, “discurso”). Las estructuras homólogas, aun siendo diferentes, tienen el mismo origen evolutivo y, por tanto, comparten también un origen genético.

Muñecos de algunos personajes de la LEGO Película (2014). Observa que todos los personajes están formados por las mismas piezas básicas pero varían en caracteres como el color o la pieza del pelo / sombrero. En algunos casos, las piezas, aun teniendo el mismo origen y función, se han modificado hasta producir formas tan diferentes como la cola de la sirena en vez de piernas o la cabeza del panda en vez del rostro habitual de los LEGO.

El ejemplo más típico a este respecto son las patas delanteras y manos de los vertebrados.

En este dibujo, el cúbito está pintado en rojo, el radio en crema y los huesos de la muñeca en amarillo. Aunque su forma varía de unos a otros grupos, su posición siempre es la misma. El caso más grande de variación en esta imagen sería el de la ballena, en el que, para convertir las patas en aletas, el cúbito y el radio prácticamente se han fusionado con el resto de la mano.

En resumen, los procesos evolutivos hacen que podamos encontrar los mismos huesos, modificados de una u otra forma, en diferentes grupos de vertebrados. Estos procesos permiten que, variando las estructuras, los animales puedan generar estructuras beneficiosas para su modo de vida, como es la mano con pulgar oponible de los humanos que nos permite manejar herramientas o las aletas de la ballena que le dan la capacidad de nadar con gran eficiencia.

Igual que ocurre en las estructuras de la naturaleza, los LEGO pueden modificarse hasta generar un montón de piezas de construcción distintos partiendo de una unidad básica como el ladrillo de un único enganche.

Añadimos piezas extra

Seguro que ahora estás dando vueltas a todos los animales que conoces y encontrando homologías por todas partes. Pues, ¡cuidado! No todo lo que se parecen son homologías. También puede darse el caso de que se trate de analogías (de ana, “diferente”), es decir, estructuras que se parecen mucho pero no tienen el mismo origen.

Los ladrillos de LEGO se parecen a los ladrillos tradicionales de construcción de madera. Aunque sirven para lo mismo, están hechos de materiales diferentes y las posibilidades de construcción de ambos son muy diferentes.

Las analogías también son muy interesantes evolutivamente, porque a menudo reflejan cómo especies muy diferentes han llegado de manera independiente a la misma solución al enfrentarse a una situación común. Por ejemplo, como mencionamos en la entrada sobre diversidad de vertebrados marinos, existen multitud de animales que se han adaptado al medio marino a lo largo de la Historia evolutiva, pero cada uno por su cuenta. Está claro que lo más eficiente para desplazarse por el agua son extremidades en forma de pala, como las aletas y las colas. Sin embargo, si comparamos la aleta de un pez y la de una ballena nos costará encontrar partes similares. Las de los peces suelen ser una o múltiples piezas colocadas de manera radial, como un abanico, mientras que en la ballena podremos reconocer los cinco dedos típicos de los vertebrados terrestres.

Podemos observar más ejemplos de analogías en las escamas protectoras de los pangolines y los armadillos, las púas de los erizos y los puercoespines o el pico de los colibríes y la lengua de las mariposas para alimentarse de néctar.

El especial caso de las alas

Existen multitud de animales que han desarrollado alas para volar. De hecho, otro ejemplo que se utiliza frecuentemente al hablar de homologías y analogías son las alas de las aves y las de los murciélagos. Tanto aves como los murciélagos proceden de animales sin alas, de manera que en cada caso esta estructura se formó de manera independiente y distinta. Es por eso que se consideran estructuras análogas.

En las aves, para formar el ala se han alargado los huesos del brazo y quedan algunos dedos que permiten controlar la dirección y los giros de manera precisa. En murciélagos, por otra parte, son los dedos los que se han alargado para formar los radios del ala. Es una de las razones por las que los murciélagos son capaces de realizar esas piruetas e increíbles giros a gran velocidad mientras vuelan.

A pesar de todo, como ambas alas proceden de la típica estructura de brazo y mano de los vertebrados terrestres, en ellos es posible distinguir los mismos huesos homólogos como el cúbito y el radio. ¡No te líes entre ambos conceptos!

Lo que está claro es que las estructuras voladoras de los vertebrados son completamente diferentes (análogas) de las de los insectos, que tienen una estructura de extremidades totalmente diferente.

En esta imagen puedes ver a Man-Bat, un temible enemigo de Batman, y al propio Batman disfrazado de hada color rosa. Ambos tienen alas que sirven para volar, pero se trata de piezas diferentes. En el caso de Man-Bat, forman parte del brazo, mientras que para Batman son una pieza que se engancha en el cuello. En la realidad, las alas de los murciélagos y las de las mariposas también son estructuras con orígenes evolutivos distintos que se consideran, por tanto, analogías.

Y además…

El esqueleto de los vertebrados es el caso más fácil para encontrar homologías, y por eso hemos dedicado la entrada a ello, pero estas similitudes pueden encontrarse en otras estructuras del cuerpo (ojos, orejas, lengua…) y en cualquier otro grupo de seres vivos. Por ejemplo, podrás observar una estructura común en las piezas de la boca de los insectos y en las partes de la flor de todas las angiospermas. De hecho, la posibilidad de comparar estos rasgos entre las especies es muy útil para diferenciarlas.

Observa cómo en diferentes grupos de insectos podemos reconocer piezas bucales equivalentes que tienen un origen evolutivo común.

Os reto a que encontréis más homologías en todo tipo de especies y, por supuesto, para que las uséis como inspiración para vuestras creaciones más imaginativas con piezas de LEGO.