Resumen
Diversos estudios realizados en
las últimas tres décadas han puesto en evidencia que algunas especies de
las clases ave, reptilia y anfibia son sensibles a variaciones en el campo
magnético terrestre o geomagnético. Además estudios experimentales han
demostrado que por lo menos algunas especies de las clases ave y reptilia
utilizarían la información obtenida a partir de estas variaciones para
orientarse en el espacio y localizar un destino puntual. En la actual
revisión se busca resumir esta información y relacionarla con uno de los
aspecto que describen los patrones biogeográficos, la dispersión de las
especies. Específicamente se relaciona la posible utilización del campo
geomagnético durante las largas travesías migratorias de algunas
especies, y la importancia que este componente podría tener en la
distribución de dichas especies sobre la superficie terrestre.
Introducción
Si queremos conocer y entender
los procesos que subyacen a la naturaleza de la vida en este
planeta, es necesario que nos involucremos en estudios relacionados con
procesos de cambio y movimiento. Citando a Arisoteles, Physics III,:
“Nature has been defined as a
principle of motion and change, and it is the subject of
our inquiry. We must therefore see
that we understand the meaning of motion for if it
were unknown, the meaning of
nature too would be unknown.”
Un aspecto de la vida sobre este
planeta es la forma en que se distribuye sobre él. La biogeografía es
una ciencia que busca descubrir y entender los patrones que dan cuenta de
la distribución geográfica de los organismos que habitan este
planeta. Actualmente se considera que hay tres procesos
fundamentales que permiten explicar los patrones de distribución
biogeográfica, los cuales corresponden al proceso de evolución,
extinción y dispersión. En esta revisión nos vamos a concentrar en el
proceso de dispersión, particularmente en aquellos desplazamientos
relacionados a las migraciones y cómo un factor físico, el campo
magnético de la tierra, las podría estar modulando.
En términos generales podemos
definir la dispersión como un proceso ecológico que corresponde a una
respuesta adaptativa de cada especie dentro de su historia de vida.
A un individuo le puede ser más favorable una localización un poco
distante del lugar exacto de su nacimiento, pues puede reducir la
competencia intra específica o encontrar un lugar para el cual está
mejor adaptado. Por otra parte si se aleja mucho del lugar de su
nacimiento, pasando a habitar un ambiente muy distinto, no contará con
las adaptaciones necesarias para sobrevivir en este nuevo ambiente. Este
impulso a buscar un lugar más favorable para vivir permite que los
organismos se dispersen sobre la superficie de este planeta, sobre todo en
el reino animal, donde se observa un gran cantidad de caracteres adaptados
para facilitar el desplazamiento. Una forma particular de desplazamiento
corresponde a la migración, movimiento que se caracteriza por fluctuar
entre dos lugares específicos distantes entre si. Cuándo se originó por
primera vez este movimiento no es claro y se puede especular que su origen
se produjo por una innovación del desplazamiento de un grupo de animales
en respuesta a los cambios cíclicos o estacionales de un lugar. Cada
ambiente presenta aspectos desfavorables para una especie dada y algunos
de estos aspectos puede ser estacionales, en especial en lugares distantes
del ecuador. Cuando estos aspectos restringen el suministro de alimentos o
de lugares seguros para la reproducción es conveniente moverse en busca
de un lugar más apto durante esa temporada y volver cuando las
condiciones hayan mejorado. Pero las migraciones también pueden
involucrar un ciclo completo de la historia de vida correspondiente a una
especie. Es el caso de los salmones del pacífico que en estado larval y
juvenil se desplazan de un río al mar donde maduran y una vez adultos
vuelven al mismo río para reproducirse y morir
(Brett 1983). Las distancias de migración pueden abarcar miles de
kilómetros, los cuales deben ser recorridos de día o de noche, con sol o
en días nublados, en ambientes heterogéneos o relativamente homogéneos.
Las aves, murciélagos, mamíferos marinos, reptiles, peces y
anfibios presentan adaptaciones para migraciones de largas
distancias (Gauthreux 1980, Aidley 1981).
¿Cuáles son las señales ambientales que utilizan para generar las
coordenadas de sus mapas de ruta? Sobre esto se ha hipotetizado bastante y
actualmente se considera una gran gama de señales, como por ejemplo,
señales químicas, posición del sol, posición de las estrellas, marcas
geográficas conspicuas, campo magnético, corrientes marinas o eólicas
etc. Nosotros nos concentraremos en la importancia que podría tener el
campo magnético como fuente de coordenadas para generar un mapa de ruta.
Evidencias recientes sugieren que algunos reptiles, anfibios y aves son
capaces de viajar grandes distancias hacia un destino puntual utilizando
las sutiles gradientes geográficas del campo magnético para orientarse (Philllips
1996). En esta revisión se hará un mayor énfasis en los estudios
realizados a partir de las tortugas marinas, mencionando y describiendo
someramente los otros dos casos, y finalmente se describirá la naturaleza
del campo magnético de la tierra y como este podría estar dirigiendo los
movimientos de algunos animales.
El enigma de las
migraciones de largas distancias
Es asombroso cómo las especies
migratorias son capaces de recorrer miles de kilómetros en línea recta
(o utilizando la ruta más directa posible) en busca de un destino que
puede llegar a ser tan puntual como una isla en el mar. Esto asombra aun
más cuando el entorno que las rodea durante este viaje es homogéneo y no
les facilita señales obvias para orientarse. Los experimentos realizados
en especies migratorias han mostrado otro aspecto fascinante de la
capacidad migratoria de algunas especies; ellas son capaces de encontrar
el camino a “casa” aun cuando se las ha desplazado a un lugar
desconocido para ellas, sin señalización familiar o oportunidad de
memorizar algunas señales claves del trayecto (Phillips
et al 1995). Esta habilidad se explica sólo mediante el uso de un
sentido direccional y un sentido de posición geográfica a partir de la
información espacial del lugar en que se encuentra el individuo, es decir
la utilización de un mapa de ruta construido en base a dos coordenadas.
Se ha hipotetizado respecto de las posibles variables que pueden estar
implicadas en un mapa de ruta, como por ejemplo, la inclinación solar,
fuentes naturales de olores o señales químicas, el campo magnético o el
campo gravitacional. Exceptuando el caso de los olores todos las otras
variables implican una detección de un gradiente a lo largo del mapa.
Esto significa que el animal debe conocer la intensidad o inclinación de
las variables implicadas en el lugar de destino (casa) y en la vecindad
del mismo. Esto le permitirá reconocer un patrón de variación y
utilizar esta información en un lugar desconocido. El campo magnético
tiene aspectos que varían en forma predecible a lo largo de la superficie
terrestre y pueden ser utilizados en un mapa de ruta como el descrito
anteriormente. Por ejemplo el ángulo de inclinación de las líneas de
fuerza magnética varía desde los polos al ecuador de los noventa grados
a los cero grados. Además la intensidad del campo magnético no es
homogénea sobre la superficie terrestre, esto le permite a un animal
reconocer la ubicación del norte magnético FIGURA
. Adicionalmente la intensidad total del campo magnético se puede separar
en una componente horizontal y otra vertical para cada
localización.
Observaciones realizadas en
terreno por Rodda (1984a,b, 1985)
indican que los juveniles del reptil Alligator mississippiensis utlilizan
señales ambientales durante su migración, sin embargo en el caso de
adultos que realizan esta travesía por segunda vez estos utilizarían un
mapa de ruta de dos coordenadas. Además Rodda observa que estos reptiles
presentan desviaciones en sus rutas de migración que se correlacionan con
variaciones temporales de la inclinación e intensidad del campo
geomagnético. Esto permite suponer que los reptiles adultos utilizan
información a partir del campo geomagnético para construir su mapa de
ruta.
Otro ejemplo corresponde a
estudios realizados en laboratorio en las aves de la especie Erithactus
rubecula los cuales indicarían que estas se orientan hacia el polo norte
interpretando la inclinación de la dirección axial de las líneas de
fuerza magnética en el espacio. Ellas adjudicarían la dirección norte a
lo largo del eje norte-sur en la dirección en la cual las líneas del
vector gravitacional y las líneas de fuerza magnética forman el menor
ángulo (Wiltschko & Wiltschko 1972).
Los Albatros, como por ejemplo
el petrel gigante (Macronectes giganteus), realizan travesías
circumpolares sobre los océanos del sur moviéndose en dirección Este
con la ayuda de los vientos del lugar. Sin embargo periódicamente
retornan hacia su colonia natal localizada en un remota isla específica (Robertson
& Kinsky 1972). Durante estas migraciones presentan una asombrosa
capacidad de volar muchas millas sobre mar abierto hasta llegar a su
destino puntual y esta aproximación la pueden hacer desde cualquier
dirección inicial. Dentro de las características de estas migraciones se
observa que estas aves son capaces de forrajear en todos los cuadrantes
que rodean a la isla dentro de un área de 5 000 km aproximadamente, en
forma independiente de la dirección del viento. La forma de las rutas
desde que se van de la isla hasta que vuelven la próxima temporada pueden
ser muy variada, pero siempre se observa una orientación directa hacia la
isla desde el punto en que emprenden el retorno a casa. Además estas
aproximaciones directas no se ven afectadas por vientos atravesados a la
ruta (Papi & Luschi 1996). Este comportamiento sugiere la utilización
de un mapa tipo bicoordenado. Siguiendo las proposiciones hechas arriba,
el campo magnético es una posible fuente para este ejemplo.
Por otra parte Phillips &
Borland (1992) realizaron estudios en
laboratorio con un anfibio Notophthalmus viridescens, en el cual observan
que la orientación mediada por un compás magnético se ve afectada por
luz de una longitud de onda específica. La dirección obtenida por el
compás magnético bajo la influencia de luz de longitudes de onda largas
es rotada en noventa grados en sentido antihorario con respecto a la
dirección obtenida en condiciones del espectro completo. En este estudio
se intenta dar una explicación fisiológica del mecanismo que subyace a
la magnetopersepción. Sin embargo no es objetivo de esta revisión
profundizar en este aspecto, por lo que pasaremos inmediatamente al
siguiente tema.
Estudios
realizados en comportamientos migracionales de tortugas marinas
La mayoría de las tortugas
marinas se encuentran migrando entre dos puntos (la costa natal y un
área de alimentación) muy distantes uno del otro en forma interminable
durante toda la duración de sus vidas. Su primera migración la realizan
después de eclosionar. En esta ocasión deben caminar hacia la playa y
nadar con una orientación mar adentro que las dirija hacia la corriente
que las transporte hacia el área de alimentación. Luego volverán a
emprender el mismo viaje de vuelta a la costa natal, que se puede
encontrar en una isla perdida en el mar, una vez que hayan crecido y
estén maduras para reproducirse. Tortugas adultas muestran una gran
fidelidad a sus costas natales y áreas de alimentación a lo largo de sus
vidas, utilizando corredores específicos durante sus
desplazamientos. Dos hipótesis se han propuesto para explicar como se
orientan las tortugas. Una de ellas sugiere señales químicas como
estrategia de orientación. Poca evidencia se tiene respecto de esta
proposición. Experimentos han demostrado que las tortugas marinas, como
muchos organismos acuáticos, son capaces de detectar compuestos químicos
disueltos en el agua (Manton et al. 1972a,
b). Sin embargo se ha de considerar que durante su largo viaje las
tortugas marinas atraviesan corrientes marinas que desviarían cualquier
señal química que estas podrían estar siguiendo. Además el movimiento
del oleaje también terminaría por interrumpir cualquier rastro químico.
Por otra parte observaciones realizadas en Costa Rica en la tortuga verde
Chelonia mydas, indican que estas convergen a su costa de natal donde se
reproducirán desde direcciones que vienen de corriente arriba o corriente
abajo, mostrando una independencia de la orientación de las corrientes
para alcanzar el destino elegido (Carr 1984). Todas estas evidencias
descartan la utilización de señales químicas durante las largas
travesías realizadas por las tortugas, sin embargo no se puede negar la
posibilidad que una vez cerca de su destino, las tortugas reconocen olores
o sabores familiares, que finalmente las llevan directamente a la isla de
sus costas natales.
La segunda hipótesis que se
baraja en este tema es la navegación mediante coordenadas de origen
geomagnético. Se descarta una orientación mediante la inclinación del
sol, porque no explica como se orientan las tortugas mientras viajan de
noche. A su vez las tortugas son miopes fuera del agua por lo que no
pueden orientarse con las estrellas (Papi
& Luschi 1996).
Se han realizado diferentes
experimentos para evaluar la hipótesis del mapa geomagnético, dentro de
los cuales la mayoría se ha realizado con tortugas recién eclosionadas o
juveniles, pues su tamaño es más manejable. Sin embargo en adultos lo
que se ha observado es que son capaces de retornar a su costa natal
después de haber sido desplazadas forzadamente a un lugar desconocido
para ellas. Esto pone en evidencia que las tortugas utilizan un mapa
bicoordenado. En crías de la especie Caretta caretta se ha observado que
al mantenerlas en un piscina con agua, rodeada de bobinas que generan un
campo magnético de intensidad similar al terrestre, estas responden a la
inclinación de las líneas de campo. Por ejemplo si se las exponía
a una inclinación como se observa en el límite norte del área de
alimentación, las tortugas nadaban en dirección Sud-Oeste. En contraste
si se les aplicaba un campo con inclinación similar al limite sur del
área de alimentación, las tortugas nadaban en dirección Nor-Este.
Cuando la inclinación del campo magnético no se asemeja a ninguna de las
observadas en el área de alimentación, las tortugas no presentan una
dirección específica de nado (Lohmann
& Lohmann 1994b). Esto demuestra que estas tortugas son capaces de
responder a diferencias de la inclinación del campo magnético. Por otro
parte para evaluar si las tortugas responden a variaciones en la
intensidad de un campo magnético se realizó el siguiente diseño
experimental. Nuevamente dentro de una piscina rodeada de bobinas se
generó un campo magnético de distintas intensidades cada vez, pero
manteniendo constante la inclinación de las líneas de campo (o fuerza
magnéticas). Las tortugas en un campo de 52 000 nT (10.6% más intenso
que en las costas natales, pero que las tortugas encuentran cerca de Sud-
y Nor-Carolina) nadaban en dirección este. Aquellas expuestas a un campo
de 43 000nT (8.5% menos intenso que en las costas natales, pero que las
tortugas encuentran cerca del lado Este de atlántico, Portugal)
nadaban en dirección Oeste (Lohman &
Lohman 1996b). Ambas direcciones elegidas por las tortugas, estando en
el supuesto lugar según las intensidades aplicadas, las habrían dirigido
y mantenido dentro del área de alimentación y con vida, lo cual
confirmaría que estas tortugas son sensibles a las variaciones del campo
magnético terrestre. A su vez los dos experimentos sugieren que existe un
imprinting en las crías de tortugas que les indica cual es la dirección
magnética que deben seguir después de haber eclosionado.
Es importante resaltar que
estos experimentos se han realizado en laboratorios, con el objetivo de
aislar la variable magnética para ser evaluada. Esto no descarta que
además de una variable magnética las tortugas utilicen otras variables
como dirección del viento, o corrientes marinas en distintas etapas de su
viaje o simultáneamente.
Características del campo
magnético terrestre
El núcleo terrestre está
formado por un magma (elementos ferrosos, metálicos y pesados) de dos
fases. A pesar de la elevada temperatura que se encuentra en el núcleo
terrestre la alta presión permite que el magma se solidifique en el
centro. Este núcleo sólido presenta un momento angular diferente al
magma líquido que lo rodea, lo cual lo convierte en un dipolo magnético
bastante estable. Sin embargo el campo magnético general es producido por
corrientes eléctricas en el magma líquido, las cuales son consecuencia
del movimiento convectivo del fluido, que presenta fluctuaciones cada 500
años (Langereis 1999). Se podría
afirmar entonces que el campo magnético oscila debido a la inestabilidad
del núcleo líquido, pero que el centro sólido lo mantiene relativamente
estable en lo que respecta a la orientación de los polos. Los polos
magnéticos corresponden a las localidades en las cuales las líneas del
campo magnético tienen una inclinación de 90° con respecto a la
superficie de la tierra. En el polo norte estas líneas tienen una
orientación hacia fuera de la tierra y en el polo sur hacia adentro de la
tierra. Estos polos tienen un rango de desplazamiento de 10 a 100 km
debido a variaciones diarias en el campo magnético y a tormentas
magnéticas de origen solar, datos basado en investigaciones de la Oficina
Naval de Oceanografía de U.S. Así también el ecuador magnético (donde
las líneas de campo presentan una inclinación de 0° con respecto a la
superficie de la tierra) no es fijo FIGURA
1.
El campo magnético que
nosotros medimos en el compás y que las especies indicadas anteriormente
utilizarían para su mapa de ruta, es el producto de las interacciones del
campo magnético producido en la superficie terrestre, debido al tipo de
mineral que la forma en cada lugar, al campo magnético generado en el
núcleo terrestre y al campo magnético de origen extraterrestre que
modula la ionosfera y magnetosfera. Sin embargo el campo magnético
generado en el núcleo terrestre es el de mayor influencia. Se
pueden observar anomalías en el campo magnético a micro escala, debido a
grandes concentraciones de un material ferroso en la corteza, las cuales
generarían un campo particular en esa localización específica, el cual
no sería detectado en observaciones aeromagnéticas. Luego estas
anomalías afectarían a animales que se desplazan directamente sobre la
superficie terrestre, como los reptiles y anfibios.
Se ha intentado generar
modelos que permitan predecir en que medida y dirección el campo
geomagnético cambia, pero debido a que este no se modifica en forma
constante, si no que además modifica su forma de cambio, estos modelos
deben ser actualizados cada cinco años aproximadamente (National
Data Center). Con esto queda en evidencia que las componentes del
campo magnético son variables dinámicas poco predecibles FIGURA
2.
Por otra parte las variaciones
geográficas del campo magnético son del orden de 0.01% por km en la
intensidad y de 0.005° por km en la inclinación. Esto hace necesario que
aquellos animales que se orienten por medio de coordenadas geomagnéticas
sean extre-madamente sensibles a los cambios percibidos durante sus
trayectos.
Lo que se ha expuesto arriba
con respecto a la naturaleza del campo geomagnético pone en evidencia que
es una fuente de información poco fiable para construir un mapa de ruta.
Sin embargo los experimentos realizados en las crías de tortugas verdes
ponen de manifiesto que estas vienen con la información de la ubicación
geomagnética del área de alimentación, probablemente, incorporada en su
herencia genética. Si una cría se equivocara de dirección, puede caer
en una corriente inhóspita para ella y generalmente mueren antes de poder
corregir la ruta hacia el área de alimentación. Como las coordenadas
magnéticas características de esta área de alimentación varían a
través del tiempo, estas terminan siendo una fuente de selección
natural, favoreciendo una población de tortugas que presente variaciones
en su codificación genética similares a los cambios geomagnéticos (Lohman
et. al. 1999).
Conclusiones
La investigación bibliográfica
presentada, pone de manifiesto que por lo menos algunas especies de
anfibios, reptiles, y aves son sensibles a la inclinación e intensidad
del campo geomagnético y en los últimas dos casos utilizarían estos
aspectos para orientarse en el espacio. Esta sensibilidad al campo
geomagnético se vería involucrada en el proceso de migraciones de largas
distancias, proveyendo en este tipo de desplazamiento una fuente de
variables para la utilización de un mapa de ruta bicoordenado por parte
de las especies mencionadas anteriormente.
Como se describió en la
introducción el desplazamiento migratorio en una especie es importante
para asegurar su sobre vivencia y perpetuación a través del tiempo. Si
los animales involucrados en este movimiento no logran llegar a su destino
en las respectivas temporadas no pueden asegurar un crecimiento y proceso
de maduración completa, ni una reproducción exitosa en un ambiente que
les asegure la sobre vivencia y futura maduración sexual de sus crías.
Es por esto que en términos evolutivos no es despreciable la importancia
de los factores y mecanismos en los cuales se confían los animales para
ubicarse en un espacio dado y orientarse hacia un destino específico. A
su vez el elemento involucrado en la generación de señales para un mapa
de ruta posee la capacidad de modular la ubicación y el desplazamiento de
una especie dada sobre la superficie de la tierra. Esto lleva a la
inevitable observación de un diálogo entre los aspectos abióticos o
físicos del planeta y los aspectos bióticos, a través del cual se va
creando el actual patrón de distribución de una especie determinada
sobre la superficie del planeta. Patrón, que en el caso de los mapas de
ruta construidos a partir de coordenadas geomagnéticas es dinámico, por
lo que estimula la continua respuesta adaptativa de los organismos
involucrados a variables nuevas. Resaltando este punto se puede extender
la importancia del campo geomagnético no sólo como fuente de variaciones
de desplazamientos si no también como fuente de especiación,
involucrándolo en el proceso de evolución de nuevas especies. Sin
embargo en los estudios revisados no se observa una aproximación
experimental o teórica, con excepción de la proposición de Lohman, con
respecto a la importancia para las crías de tortugas marinas llegar a un
área de alimentación específica y no ser atrapadas en una corriente
mortal para ellas, a la posible importancia moduladora sobre la
distribución y especiación de los organismos por parte de las señales
ambientales (en este caso geomagnetismo) que utilizan para orientarse.
Particularmente se considera que esto podría llegar a ser una importante
herramienta para poder predecir futuros cambios en la distribución de las
especies sobre la tierra y además para evaluar el impacto que pueden
producir las actividades humanas que alteran dichas señales.
Bibliografía
Aidley DJ (1981) Animal
Migration. Society for Experimental Biology, Seminar Series; No. 13.
Cambridge University Press, Cambridge.
Brett JR (1983) Life
energetics of sockeye salmon. Behavioral Energetics, W.P. Aspey and S.I.
Lustick, eds. Ohio State University Press, Columbus. Pp.29-63.
Carr A (1984) The sea turtle: so
excellent a fishe. Austin, Texas. University of Texas Press.
Gauthereux SA (1982) Animal
migration, orientation and navigation. Academic Press, New York
Langereis CG (1999) Excursions in
geomagnetism. Nature 399: 207-208.
Lohmann KJ & Lohmann CMF (1994a)
Acquisition of magnetic directional preferene in hatchling loggerhead sea
turtles. Journal of Experimental Biology 190: 1-8.
Lohmann KJ & Lohmann CMF (1994b)
Detection of magnetic inclination angele by sea turtles: a possible
mechanism for determining latitude. Journal of Experimental Biology 194:
23-32.
Lohmann KJ, Hester JT & Lohmann
CMF (1999) Long-distance navigation in sea turtles. Ethology Ecology &
Evolution 11: 1-23.
Manton ML, Karr A & Ehrenfeld DW
(1972a) Chemoreception in the migratory sea turtle, Chelonia mydas.
Biological Bulletin 143: 184-195.
Manton ML, Karr A & Ehrenfeld DW
(1972b) An operant method for the study of chemoreception in the green
turtle, Chelonia mydas. Brain Behavior and Evolutions 5:188-201.
Robertson CJR & Kinsky FC (1972)
The dispersal movements of the Royal Albatross Diomedea epomphora.
Notornis 19: 289-301.
Rodda GH (1984a) The orientation and
navigation of juvenile alligators: evidence of magnetic sensitivity. J.
Comp. Physiol. 154: 649-658.
Rodda GH (1984b) Homeward paths of
displaced juvenile alligators as determined by radiotelemetry. Behav.
Ecol. Sociobiol.14: 241-246.
Papi F & Luschi P (1996)
Pinpointing ‘Isla Meta’: the case of sea turtles and albatrosses.
Journal of Exp. Biol. 199: 65-71.
Phillips JB & Borland SC (1992)
Behavioural evidence for use of a light-dependent magnetoreception
mechanism by a vertebrate. Nature 359: 142-144.
Phillips JB, Adleer K & Borland
SC (1995) True navigation by an amphibian. Anim. Behav. 50: 855-858.
Phillips JB (1996) Magnetic
Navigation. Journal theor. Biol. 180: 309-319.
Wiltschko W & Wiltschko R (1972)
Magnetic Compass of European Robins. Science 176: 62-64.
|