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    Posible importancia moduladora del campo geomagnético sobre los movimientos migratorios de algunas especies

 
Autora de la pagina Petra Wallem
mail pwallem@yahoo.com

 

 
 
 
 

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.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

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Actualizado Julio 2000.

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