Karen Warkentin, con botas altas de goma verde oliva, está de pie en la orilla de un cemento estanque bordeado en el borde de la selva panameña. Tira de una hoja verde ancha que todavía está unida a una rama y señala una nidada brillante de huevos gelatinosos. «Estos tipos se pueden incubar», dice.

Las ranas arborícolas de ojos rojos, Agalychnis callidryas, ponen sus huevos en el follaje en el al borde de los estanques; cuando los renacuajos nacen, caen al agua. Normalmente, un huevo eclosiona de seis a siete días después de su puesta. Los que señala Warkentin, a juzgar por su tamaño y forma, tienen unos cinco días de vida. Dice. Cuerpos diminutos se ven a través de la membrana transparente llena de gel. Bajo un microscopio, los corazones rojos serían visibles.

Se inclina para mojar su mano en el agua del estanque. realmente quieren nacer «, dice,» pero pueden «. Saca la hoja sobre el agua y pasa suavemente un dedo por los huevos.

¡Brota! Un diminuto renacuajo se rompe. Aterriza en la mitad de la hoja, se retuerce y cae al agua. Otro y otro de sus hermanos le siguen. «No es algo que me canse de ver», dice Warkentin.

Con solo un movimiento de su dedo, Warkentin ha demostrado un fenómeno que está transformando la biología. Después de décadas de pensar en los genes como un «modelo», las cadenas de ADN codificadas dictan a nuestras células exactamente qué hacer y cuándo hacerlo, los biólogos están llegando a un acuerdo con una realidad confusa. La vida, incluso una entidad aparentemente simple como un huevo de rana, es flexible. Tiene opciones. A los cinco días aproximadamente, los huevos de rana arborícola de ojos rojos, que se desarrollan según lo programado, pueden tomar de repente un camino diferente si detectan las vibraciones de una serpiente atacante: nacen temprano y prueban suerte en el estanque de abajo.

La sorprendente capacidad de respuesta del huevo personifica un concepto revolucionario en biología llamado plasticidad fenotípica, que es la flexibilidad que muestra un organismo al traducir sus genes en características y acciones físicas. El fenotipo es prácticamente todo sobre un organismo distinto de sus genes (que los científicos llaman genotipo). El concepto de plasticidad fenotípica sirve como antídoto para el pensamiento simplista de causa y efecto sobre los genes; trata de explicar cómo un gen o conjunto de genes puede dar se elevan a múltiples resultados, dependiendo en parte de lo que el organismo encuentra en su entorno. El estudio de la evolución se ha centrado durante tanto tiempo en los genes mismos que, según Warkentin, los científicos han asumido que «los individuos son diferentes porque son genéticamente diferentes. Pero gran parte de la variación proviene de los efectos ambientales».

Cuando una planta de interior palidece las hojas al sol y a una pulga de agua le salen espinas para protegerse de los peces hambrientos, muestran una plasticidad fenotípica. Dependiendo del entorno, ya sea que haya serpientes, huracanes o escasez de alimentos con los que lidiar, los organismos pueden sacar diferentes fenotipos. ¿Naturaleza o crianza? Bueno, ambos.

La comprensión tiene grandes implicaciones en la forma en que los científicos piensan sobre la evolución. La plasticidad fenotípica ofrece una solución al rompecabezas crucial de cómo los organismos se adaptan a los desafíos ambientales, intencionalmente o no. Y no hay ejemplo más asombroso de flexibilidad innata que estos huevos de rana: masas ciegas de sustancia viscosa genéticamente programadas para desarrollarse y eclosionar como un reloj. O eso parecía.

Ojos rojos Las crías de rana arborícola esquivaban serpientes hambrientas mucho antes de que Warkentin comenzara a estudiar el fenómeno hace 20 años. «La gente no había pensado que los huevos tuvieran la posibilidad de mostrar este tipo de plasticidad», dice Mike Ryan, su asesor de doctorado en la Universidad de Texas en Austin. «Estaba muy claro, mientras estaba haciendo su tesis doctoral, que esto era un campo muy, muy rico que ella había inventado por su cuenta ”.

Karen Martin, bióloga de la Universidad de Pepperdine, también estudia la plasticidad de la eclosión. «La eclosión en respuesta a algún tipo de amenaza ha sido una idea muy importante», dice Martin. «Creo que ella fue la primera en tener un muy buen ejemplo de eso». Ella elogia el esfuerzo sostenido de Warkentin por aprender grandes lecciones de biología de los huevos de rana: «Creo que mucha gente podría haber visto este sistema y haber dicho: ‘Aquí hay una especie de cosa peculiar de la que podría sacar algunos artículos, y ahora «Seguiré adelante y miraré a algún otro animal». Se dedicó a comprender este sistema «.

La investigación de Warkentin» nos hace pensar más detenidamente sobre cómo los organismos responden a los desafíos incluso en una etapa muy temprana de la vida «. dice Eldredge Bermingham, bióloga evolutiva y directora del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI, se pronuncia «str-eye») en Gamboa, Panamá. Warkentin, profesora de biología en la Universidad de Boston, realiza sus estudios de campo en STRI. Ahí fue donde mostró me explica cómo convence a los huevos para que eclosionen.

Los renacuajos que saltan de la hoja húmeda todavía tienen un poco de yema en el vientre; probablemente no necesitarán comer hasta dentro de un día y medio. Warkentin sigue frotando hasta que solo quedan unos pocos, escondiéndose obstinadamente dentro de sus huevos. «Continúen», les dice. «No quiero dejarlos aquí solos».

El último de los renacuajos aterriza en el agua. Los bichos depredadores conocidos como backswimmers esperan en la superficie, pero Warkentin dice que salvó a los renacuajos de un destino peor. Su madre había errado el blanco y los había dejado en una hoja que no llegaba al estanque. «Si estuvieran eclosionando en el suelo», dice, «entonces solo serían comida para hormigas».

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Warkentin nació en Ontario y su familia se mudó a Kenia cuando ella tenía 6 años. Su padre trabajó con la Agencia Canadiense de Desarrollo Internacional para capacitar a maestros en el país recién independizado. Fue entonces cuando se interesó por la biología tropical, jugando con camaleones y observando jirafas, cebras y gacelas mientras conducía a la escuela en Nairobi. Su familia regresó a Canadá varios años después, pero a los 20 hizo autostop y viajó con mochila por África. «Eso era algo que parecía perfectamente razonable en mi familia», dice.

Antes de comenzar su doctorado, fue a Costa Rica para aprender más sobre los trópicos y buscar un tema de investigación. Los huevos terrestres de la rana arbórea de ojos le llamaron la atención. Visitó el mismo estanque una y otra vez y observó.

«Tuve la experiencia, que estoy seguro de que otros herpetólogos tropicales han tenido antes y tal vez no No piense en … si tiene un embrague de última etapa, si se topa con ellos, se romperán ”, dice Warkentin. «Choqué con un embrague, y todos estaban saliendo».

Ella también había visto serpientes en el estanque. «Lo que pensé fue, guau, me pregunto qué pasaría si una serpiente chocara con ellos. ”, Dice, y se ríe. «¿Como, con su boca?» De hecho, descubrió que si aparece una serpiente y comienza a atacar la nidada, los huevos eclosionan temprano. Los embriones dentro de los huevos pueden incluso distinguir entre una serpiente y otras vibraciones en la hoja. «Esta es la cuestión, salir en el campo y observar a los animales ”, dice. «A veces te dirán cosas que no esperabas».

Los biólogos solían pensar que este tipo de flexibilidad obstaculizaba el estudio de la evolución, dice Anurag Agrawal, ecólogo evolutivo de la Universidad de Cornell. más. Es emocionante que Warkentin haya documentado cosas nuevas y maravillosas sobre una rana carismática, pero Agrawal dice que hay mucho más. «Creo que se le atribuye el mérito de llevarlo más allá del ‘genio’ y hacer algunas de las preguntas conceptuales en ecología y evolución ”.

¿Cuáles son las ventajas de una táctica de supervivencia sobre otra? Incluso una rana de 5 días tiene que equilibrar el beneficio de evitar una serpiente hambrienta con el costo de eclosionar temprano. Y, de hecho, Warkentin y sus colegas han documentado que los renacuajos de eclosión temprana tenían menos probabilidades que sus hermanos de eclosión tardía de sobrevivir hasta la edad adulta, particularmente en presencia de ninfas de libélula hambrientas.

La plasticidad no solo permite las ranas hacen frente a los desafíos en el momento; incluso podría ganar tiempo para que ocurra la evolución. Warkentin ha descubierto que los renacuajos también nacen temprano si corren el riesgo de secarse. Si la selva tropical se volviera gradualmente más seca, esa eclosión temprana podría convertirse en estándar después de innumerables generaciones, y la rana podría perder su plasticidad y evolucionar a una nueva especie de eclosión rápida.

Uno de los pilares del pensamiento evolutivo es que las mutaciones genéticas aleatorias en el ADN de un organismo son la clave para adaptarse a un desafío: por casualidad, la secuencia de un gen cambia, surge un nuevo rasgo, el organismo pasa su ADN alterado a la siguiente generación y eventualmente da lugar a un cambio diferente especies. En consecuencia, hace decenas de millones de años, algunos mamíferos terrestres adquirieron mutaciones que le permitieron adaptarse a la vida en el océano, y sus descendientes son las ballenas que conocemos y amamos. Pero la plasticidad ofrece otra posibilidad: el gen en sí no tiene que mutar para que surja un nuevo rasgo. En cambio, algo en el entorno podría empujar al organismo a realizar un cambio basándose en la variación que ya está en sus genes.

Sin duda, la teoría de que la plasticidad podría dar lugar a nuevos rasgos es controvertida. . Su principal proponente es Mary Jane West-Eberhard, una bióloga teórica pionera en Costa Rica afiliada a STRI y autora del influyente libro de 2003 Developmental Plasticity and Evolution. «El siglo XX ha sido llamado el siglo del gen», dice West-Eberhard. «El siglo XXI promete ser el siglo del medio ambiente». Ella dice que el pensamiento centrado en la mutación es «una teoría evolutiva en negación». Darwin, que ni siquiera sabía que existían los genes, tenía razón, dice ella: dejó abierta la posibilidad de que pudieran surgir nuevos rasgos debido a la influencia ambiental.

West-Eberhard dice que el grupo de Warkentin ha «demostrado una sorprendente capacidad de pequeños embriones para tomar decisiones adaptativas basadas en una exquisita sensibilidad a sus entornos». Ese tipo de variación, dice West-Eberhard, «puede conducir a la diversificación evolutiva entre poblaciones».

Aunque no todo el mundo está de acuerdo con la teoría de West-Eberhard de cómo la plasticidad podría generar novedades, muchos científicos ahora piensan que La plasticidad fenotípica surgirá cuando los organismos vivan en ambientes que varían. La plasticidad puede dar tiempo a las plantas y a los animales para adaptarse cuando son arrojados a un ambiente completamente nuevo, como cuando las semillas son transportadas a una isla. Una semilla que no es tan exigente con sus requisitos de temperatura y luz podría funcionar mejor en un lugar nuevo, y es posible que no tenga que esperar a que aparezca una mutación adaptativa.

Además, muchos científicos piensan que la plasticidad puede ayudar a los organismos a probar nuevos fenotipos sin comprometerse por completo con ellos. Eclosión temprana, por ejemplo. Las diferentes especies de ranas varían mucho en cuanto a su desarrollo cuando nacen. Algunos tienen la cola achaparrada y apenas pueden nadar; otros son animales de cuatro extremidades completamente formados. «¿Cómo se obtiene ese tipo de variación evolucionada?» Warkentin pregunta. «¿La plasticidad en el tiempo de eclosión juega un papel en eso? No lo sabemos, pero es muy posible ”.

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La ciudad de Gamboa fue construida entre 1934 y 1943 por el Panama Canal Company, una corporación del gobierno estadounidense que controló el canal hasta 1979, cuando fue entregado a Panamá. Gamboa, en el borde de una selva tropical, es en parte un pueblo fantasma, en parte una comunidad dormitorio para la ciudad de Panamá y en parte un campamento de verano científico. Muchos residentes son científicos y personal de STRI.

Cuando visité, el equipo de Warkentin tenía hasta una docena de personas, incluidos varios estudiantes universitarios a los que se refiere como «los niños». Una mañana, un grupo de jóvenes de aspecto vigoroso con botas de goma hasta la rodilla, mochilas y sombreros sale del laboratorio de Warkentin y cruza el campo detrás de la escuela, pasando por las canchas de tenis.

James Vonesh, profesor de Virginia Commonwealth University, quien hizo una beca postdoctoral con Warkentin y todavía colabora con ella, señala su letrero favorito en la ciudad, un vestigio de la era de la Zona del Canal: «No Necking». Está pintado en la parte delantera de las gradas de la antigua piscina, ahora parte del club deportivo de bomberos local. Luego le explica a uno de los niños lo que significa «besuquearse».

Caminan por un camino hacia un vivero de plantas nativas, cruzan una zanja en un puente peatonal y llegan a Experimental Pond. Fue construido con concreto según las especificaciones proporcionadas por Warkentin y Stan Rand, un investigador de ranas venerado en STRI, que murió en 2005.

En el lado más alejado del estanque está el área de investigación del grupo, delimitada por una zanja en un lado y un arroyo, luego la selva tropical, por el otro. Hay un cobertizo con techo de metal con lados abiertos, rodeado por docenas de tanques de ganado de 100 galones que se usan en experimentos. Parecen baldes diseñados para atrapar una serie de fugas extremadamente grandes. Vonesh habla sobre las tuberías sistema con más entusiasmo del que parece posible. «¡Podemos llenar un tanque de ganado en tres o cuatro minutos!» exclama.

Todo ese llenado rápido significa que los investigadores pueden hacer experimentos rápidos con los que otros ecólogos acuáticos solo pueden soñar. Hoy están desmantelando un experimento sobre depredación. Hace cuatro días, se colocaron 47 renacuajos en cada uno de los 25 tanques junto con un Belostomatid, una especie de insecto de agua que come renacuajos. Hoy, contarán los renacuajos para averiguar cuántos comieron las belostomátidas.

Una mariposa morfo azul gigante pasa volando, sus alas iridiscentes son un impactante toque de azul eléctrico contra el frondoso bosque verde. «Vienen, como, el mismo lugar a la misma hora del día», dice Warkentin.

«Te juro que veo esa cada mañana», dice Vonesh.

» Es la morfo de las 9:15 «, dice Warkentin.

Warkentin explica el experimento que están terminando hoy.» Sabemos que los depredadores matan a sus presas, obviamente, y también asustan a las presas «, dice. Cuando los renacuajos recién nacidos caen en un estanque, las chinches de agua son una de las amenazas que enfrentan. La plasticidad de los renacuajos podría ayudarlos a evitar ser devorados, si pueden detectar los insectos y responder de alguna manera.

Los ecologistas han desarrollado ecuaciones matemáticas que describen cuánta presa debería poder comer un depredador, y gráficos elegantes muestran cómo las poblaciones aumentan y disminuyen a medida que una se come a la otra. Pero, ¿qué sucede realmente en la naturaleza? ¿Importa el tamaño? ¿Cuántos renacuajos de un día de edad come un insecto de agua completamente desarrollado? ¿Cuántos renacuajos más viejos y gordos? «Obviamente, creemos que las cosas pequeñas son más fáciles de atrapar, comer y meter en la boca», dice Vonesh. «Pero realmente no hemos incorporado eso ni siquiera en este tipo de modelos básicos».

Para calcular Para saber cuántos renacuajos se comieron, los estudiantes universitarios, los estudiantes graduados, los profesores y un becario postdoctoral tienen que sacar hasta el último renacuajo de cada tanque para ser contados.Vonesh toma un vaso de plástico transparente para beber del suelo a sus pies. Dentro hay un insecto de agua que se estaba alimentando de renacuajos. «Es un tipo grande», dice. Se mete la mano en un tanque con la red, saca renacuajos uno o dos a la vez y los coloca en una tina de plástico poco profunda.

«¿Estás listo?» pregunta Randall Jiménez, estudiante de posgrado de la Universidad Nacional de Costa Rica.

«Estoy listo», dice Vonesh. Vonesh inclina el tanque mientras Jiménez sostiene una red debajo del agua que brota. Los muchachos miran la red por cualquier renacuajo que Vonesh no pudo ver. «¿Ves a alguien?» Pregunta Vonesh. «No», dice Jiménez. El agua tarda casi 30 segundos en salir. La mayoría de los investigadores usan botas altas de goma para protegerse de las serpientes, pero son útiles ya que el suelo se convierte rápidamente en barro.

Una bandada de zanahorias deambula con indiferencia por la hierba. «Les gusta comer renacuajos», dice Vonesh. «Les gusta pasar el rato y fingir que están buscando lombrices de tierra, pero en cuanto les das la espalda, están en tu bañera».

Vonesh lleva su bañera de renacuajos al cobertizo donde Warkentin lo fotografiará. Un estudiante contará los renacuajos en cada imagen. Los insectos y los pájaros cantan desde los árboles. Algo cae, hace ruido, en el techo de metal. Un tren de carga silba desde las vías del tren que corren a lo largo del canal; un grupo de monos aulladores Ladra una respuesta estridente de los árboles.

Para científicos como Warkentin, Gamboa ofrece un poco de selva tropical a una hora en automóvil desde un aeropuerto internacional. «Oh, Dios mío. Es tan fácil ”, dice ella. «Existe el peligro de no darse cuenta de lo increíble que es. Es un lugar increíble para trabajar».

Durante el día, las icónicas ranas de ojos rojos no saltan. Si sabes lo que estás buscando, puede encontrar algún macho adulto aferrado a una hoja como un pastillero de color verde pálido, con las piernas dobladas y los codos pegados a los costados para minimizar la pérdida de agua. Una membrana con el diseño de la pantalla de madera tallada de una mezquita cubre cada ojo.

La verdadera acción es por la noche, así que una noche, Warkentin, Vonesh y algunos invitados visitan el estanque para buscar ranas. Los pájaros, los insectos y los monos están callados, pero los anfibios chirridos y chirridos llenan el aire. La llamada de una rana es un claro y fuerte «toc-toc!» Otro suena exactamente como una pistola de rayos en un videojuego. El bosque se siente más salvaje por la noche.

Cerca de un cobertizo, una rana arborícola macho de ojos rojos se aferra al tallo de una hoja ancha. Con los dedos diminutos de color naranja extendidos, muestra su vientre blanco y sus grandes ojos rojos a la luz de múltiples faros. “Tienen estas posturas fotogénicas”, dice Warkentin. “Y simplemente se sientan ahí y te dejan tomar una foto. No escapan. Algunas ranas están muy nerviosas «. Quizás es por eso que la rana arborícola de ojos rojos se ha hecho famosa, con su imagen en tantos calendarios, sugiero, son más fáciles de fotografiar que otras ranas. Ella me corrige: «Son más lindas».

Los científicos creen que los antepasados de las ranas modernas pusieron sus huevos en el agua. Tal vez la rana arborícola de ojos rojos podría haber desarrollado sus hábitos de colocación de hojas como un resultado de la plasticidad fenotípica. Tal vez un antepasado incursionó en poner sus huevos fuera del agua, solo en días muy húmedos, para alejarse de los depredadores acuáticos, una forma plástica de lidiar con un ambiente peligroso, y ese rasgo se transmitió a sus descendientes , que finalmente perdió la capacidad de poner huevos en el agua.

Nadie sabe si así fue como sucedió. «Eso fue hace mucho tiempo y ya no es susceptible de ese tipo de experimentos», dice Warkentin .

Pero se están llevando a cabo experimentos intrigantes con otro tipo de rana, una que podría estar todavía navegando por la transición entre el agua y la tierra. Justin Touchon, un ex estudiante de doctorado de Warkentin, estudia cómo la rana arborícola de reloj de arena, Dendropsophus ebraccatus, pone sus huevos, que están menos llenos de gelatina y más propensos a secarse que las ranas arborícolas de ojos rojos. Una rana de árbol de reloj de arena hembra parece elegir dónde poner los huevos en función de la humedad. En estanques a la sombra de árboles, según descubrió Touchon, pondrán huevos en las hojas sobre el agua, pero en estanques más calientes y expuestos, los huevos van al agua.

En un estudio publicado el mes pasado, descubrió que los huevos tenían más probabilidades de sobrevivir en tierra si había mucha lluvia y más probabilidades de sobrevivir en el agua si las lluvias eran escasas. También analizó los registros de lluvia de Gamboa en los últimos 39 años y descubrió que, si bien la precipitación general no ha cambiado, el patrón sí: las tormentas son más grandes pero más esporádicas. Ese cambio en el medio ambiente podría estar impulsando un cambio en la forma en que se reproducen las ranas arborícolas de reloj de arena. «Ofrece una ventana sobre lo que causó el movimiento para reproducirse en tierra», dice Touchon: un clima que cambió para tener mucha lluvia constante podría haber hecho más seguro que las ranas pusieran huevos fuera del agua.

El grupo de Warkentin se basa en la planta baja de la escuela primaria Gamboa, que cerró en la década de 1980. Una mañana, Warkentin se sienta en una antigua silla giratoria con brazos polvorientos en un escritorio de oficina retirado, haciendo lo que parece una escuela primaria proyecto artesanal.

En el suelo a su izquierda hay un cubo blanco con filas de rectángulos verdes pegados con cinta adhesiva en el interior. Ella se agacha y saca uno. Es un trozo de hoja, cortado con tijeras de una de las plantas de hoja ancha junto al estanque experimental, y sobre él hay un puñado de huevos gelatinosos de rana arborícola de ojos rojos. Ella arranca una tira de cinta y pega el trozo de hoja en un rectángulo de plástico azul, cortado de un plato de picnic de plástico.

«Puedes hacer una cantidad asombrosa de ciencia con vajilla desechable, cinta adhesiva y galvanizado alambre ”, dice.

Coloca la tarjeta en un vaso de plástico transparente con un poco de agua en el fondo, donde los renacuajos caerán cuando nazcan, y pasa al siguiente trozo de hoja. Los renacuajos serán parte de nuevos experimentos de depredación.

Hay un gran valor explicativo en los modelos simples, pero ella quiere entender cómo opera realmente la naturaleza. «Estamos tratando de lidiar con lo que es real», dice. «Y la realidad es más complicada».