a a \ SVQ REVISTA DE LA ACADEMIA CANARIA DE CIENCIAS Folia Canariensis Academiae Scientiarum Volumen IX, Nims. 2-3-4 (1997) MCZ LIBRARY FFR 14 2013 HARVARD UNIVERSITY A) ] i = ‘ 7 i | r : ae = : - - - my : ' oi : % a a - i Laat pet : no ~ 7 * vu So i > ¥ = = ' ww = i ° f) ‘ i ¢ v * 4 - * | i . rr. ‘ . Ze * ~~. « S = f ® =~? 4 a = _ — - REVISTA DE LA ACADEMIA CANARIA DE CIENCIAS Seccion FISICA Seccion QUIMICA Seccion BIOLOGIA Folia Canariensis Academiae Scientiarum Volumen IX - Nums. 2-3-4 (1997) REVISTA DE LA ACADEMIA CANARIA DE CIENCIAS Folia Canariensis Academiae Scientiarum Director — Editor Nacere Hayek Calil Secretario José Breton Funes Comité Editorial Manuel Vazquez Abeledo Alfredo Mederos Pérez José Manuel Méndez Pérez Juan José Bacallado Aranega Publica: Academia Canaria de Ciencias, con la colaboracion de Gobierno Autonomo Canario, Cabildo Insular de Tenerife y CajaCanarias. ISSN: 1130-4723 Deposito Legal: 212-1990 Impresion Nueva Grafica S.A.L. Eduardo de Roo, 29 La Cuesta de Arguij6n 38320 La Laguna - Tenerife Tels.: 922 65 46 56 - 922 65 41 46 PRESENTACION En atencion a la indole y numero de los articulos aceptados correspondientes al afio 1997, se ha desglosado el presente volumen IX en dos fasciculos distribuidos de la manera que sigue: Num.-1- MATEMATICAS y Nums. 2-3-4 - FISICA, QUIMICA y BIOLOGIA. En el fasciculo 1 de MATEMATICAS, junto a la serie de trabajos de investigaciOn concernientes a diversas areas de la especialidad, se incluyen dos articulos que, debido a la naturaleza de los mismos, pertenecen a la Seccion destinada a HISTORIA Y FILOSOFIA DE LA CIENCIA. De analoga forma, al fasciculo numerado 2-3-4 relativo a las especialidades de FISICA, QUIMICA y BIOLOGIA, se suma una nueva Seccion que hemos titulado REVISIONES ( en esta ocasion, con temas de Biologia ) en donde se recogeran trabajos de revision de los diversos ‘contextos cientificos que distinguen las areas de las que se compone la Academia, y de manera preferente, de los de candente actualidad, como lo son los dos que figuran en este fasciculo. | Como ha venido siendo costumbre en los volumenes aparecidos hasta la fecha, un texto unico referido a VIDA ACADEMICA, donde se exponen en forma resumida las principales actividades del periodo anual correspondiente, se encuentra en ambos capitulos. Una vez mas, deseamos expresar nuestro agradecimiento a los autores que nos han enviado sus trabajos, al equipo de referees que ha coadyuvado con el Comité Editorial a la seleccion de los mismos, y a las Corporaciones e Instituciones que hacen posible la publicacion de esta Revista, muy en especial, al CABILDO INSULAR DE TENERIFE, CAJA GENERAL DE AHORROS DE CANARIAS y GOBIERNO AUTONOMO CANARIO. E] Director Nacere Hayek os aa aie i ‘9 5 _ a . we” = 7 : pee in es vont oh: ne aha colvatreg. bh soya salle tapi on ra: 3 akestecsh saree ** einlithiipeititiaes, parvo 2) saaal hematin chenbacd® fe pete ag lle STRUNG as sialon % ) é eM toon st ATION y RM aul aig dal vielen a MOLT TT ‘ies eo sh nia P'. ii: RpaCoN st Stanh 1 1 prune ob ¢ stein dA ol SON at SAS A Nal mans sup test owt mu? 7 se et ™ Bares ~~ ve Ff gf? af) @tihe ec , Re t ae “ aD ato jigeben:s = 20) =: at u 4 nee Tide lochs ' AY ame eo ase a ~trreeth os rwtusiie ech me RRA cea poate 9 rs | mney,> in i “hs! Scr! 4. @eoq7e @ eheoh ADTAIIA A ACTV '« chia evn @ owen few oboteg ish eelabsiee . ‘a eee, Aas ey tase’ ce ose pel at \ mtr eer ain et oguay le .coiele tee obealyan: ahaag 13m 6 » coewes of ob atizsiee own eae ret A oes ob ota nleag a ag : } ; P anit Wl LARS) ‘AAD TUR? eT UIAMAD iat a SECCION FISICA a ¢ : 7 _~ : 7 u he) Wy ; 3 oo ne : - qi : = "rE & ce 7 - - voisege So Gee a % = pe Sie 7 a € ¥ oJ 7 a,°¢ 1 - : 7 j ’ = 7 A Sizh9 Aa “ ’ “1 . ' ¢ , 7 .- si 6 = Vv * i. ee ‘ ; 7 3 rar - a Rev. Acad JCanar-Cienc., (52 (léaises 2,39 4), 9-16 (1997) Algunas consideraciones formales sobre la estructura, la funcion y el tiempo en modelos retinales. Aleman-Flores, M.; Quesada-Arencibia, F.A.; Diaz-Urrestarazu,A.;Moreno-Diaz (jr), R. Centro Internacional de Investigacion en Ciencias de la Computacion Universidad de Las Palmas de Gran Canaria CIICC-Campus de Tafira, Edf. de Informatica y Matematicas 35017 Las Palmas {miguel,alex,roberto}@grumpy.dis.ulpge.es; adiaz@ccdis.dis.ulpge.es ABSTRACT Following the idea that structure and function in neurons and nets are perfectly linked and sometimes cannot be dissociated, this paper explores the effect of introducing time in nets that were designed to mimic some functional spatial properties of retinal tissues based on a microprocessal structure called dendritic computational structure. As a result, new architectural restrictions arise to cope with problems like consistency of representation and completeness, that is, preservation of information, an apparent requisit of foveal processing. Keywords: neural nets, completeness, temporal consistency, retinal model, Newton Filters. RESUMEN Siguiendo la idea de que la estructura y la funcion estan indivisiblemente unidos en neuronas y redes neuronales naturales, en concreto en las retinas de vertebrados superiores, este trabajo explora el efecto de introducir el tiempo en redes artificiales que han sido pensadas para duplicar ciertas propiedades espaciales del tejido retinal y basadas en microestructuras de proceso (que llamaremos_ estructuras computacionales dendriticas). Como resultado, aparecen nuevas restricciones en la conectividad de las neuronas de la red para poder atacar los problemas de la consistencia de la representacion que del mundo exterior llega a zonas mas centrales del sistema nervioso y del mantenimiento de la informacion (complitud en el sentido formal matematico), que son aparentemente requisitos del proceso de informacion que tiene lugar en la fovea. Palabras clave: redes neuronales, complitud, consistencia temporal, modelos retinales, Filtros de Newton. 1.- La funcion. Nos centraremos en la funcion en un sentido doble dependiendo de si hablamos de neuronas simples o de redes de neuronas. En primer lugar, la palabra “funciOn” se entendera como el proceso de cOmputo de una neurona, en el sentido de “operacion que se lleva a cabo sobre los datos que caen sobre el campo receptivo de una célula”. El resultado de dicha operacion es llamado “descriptor” y en algunos casos una sola neurona puede ser capaz de calcular mas de un descriptor sobre sus datos de entrada. En nuestro modelo, y en ese caso, se necesitara una unidad de control externo a la célula. Por otro lado, la palabra “funcidén” se aplicara a una caracteristica u objetivo que ha de ser realizado o conseguido por la red, por ejemplo, que la transformacion sobre los datos de entrada sea completa (lo que equivale a decir que no existe pérdida de datos y que el espacio de las entradas puede ser recuperado punto a punto si es necesario). Asi, “funcidn” desde este segundo punto de vista estara mas cerca de lo que Luria Ilama “un sistema funcional completo” {1} incorporando muchas microoperaciones que pertenecen a niveles diferentes de proceso. La funcionalidad espacial de las células ganglionares ha sido ampliamente explorada desde los afios cincuenta en miles de experimentos. El clasico patron de pesos en forma de sombrero mejicano (mexican-hat shape) que parece ser soportado por su campo dendritico ha sido modelado, también, a través de los mas diversos procedimientos siendo el mas conocido la diferencia de dos gausianas (DOG) {2}. Nosotros hemos basado la modelizacion a partir de la duplicacion aproximada de una arquitectura dada, vagamente inspirada en la conectividad dendritica presente en algunas células retinales (Figura 1) y a continuacion explorando sus propiedades matematicas, encontrando que el analisis en funciones de Hermite proporciona herramientas mas precisas y mejores resultados cuando se usa para replicar el comportamiento espacial de las células ganglionares {3,4} y para disefar sus contrapartidas artificiales de utilidad en proceso de imagen. Esto es, no se necesitan diferencias de gausianas para justificar las funciones de pesos, sino que es la propia estructura formada por microprocesadores idénticos distribuidos en capas con los mismos pesos la que genera la distribucién de una forma natural con la unica restriccién de que dos de dichas capas sean inhibidoras (matematicamente, que sus pesos sean negativos). A este tipo de maquinas de cOmputo discreto parecidas a neuronas se les denomin6 Filtros de Newton {4}, y como queda apuntado, generan funcionales de Hermite tras ser formuladas en el continuo. En relaci6n a estas células, su funcion espacial puede ser descrita, en lenguaje natural, como detectoras de contraste, y en términos matematicos como unidades para el computo de una operacion de tipo convolutorio, en algunos casos incluso producto matricial. Para mantener un minimo parecido con la estructura que se presenta naturalmente en las primaveras capas de proceso visual en vertebrados, estas unidades de cOmputo se colocaran formando capas de procesadores que acttian sobre los datos de entrada que suponemos sera una imagen o la representacion de una imagen tras ser muestreada por la capa de fotorreceptores. visto como un todo, y pasando al segundo significado de la palabra “funcion”, el objetivo de este sistema funcional completo es proveer a la siguiente capa de células con una descripcion coherente del mundo exterior, evitando la pérdida de informacion. Matematicamente es equivalente a ejecutar una transformacion que posea inversa. 2.- La estructura que incorpora a la funcion. De la Figura | puede observarse que nuestra maquina neuronal se construye a base de situar capas de microprocesadores que ejecutan operaciones simples, las mas simples de las cuales pueden ser una suma 0 una resta dependiendo del sigo (+ 0 -) que afecta al peso (siempre del mismo valor absoluto (1) de cada conexion. Suponemos que cada unidad microprocesadora es equivalente a un contacto sinaptico y que en su version bidimensional tiene cuatro entradas. Esta estructura ha sido previamente desarrollada en parte y estudiadas sus propiedades matematicas {3,5}, y como sumario de las mismas es posible afirmar que: 1.- Dado un nimero de capas de procesos aditivos (es decir, pesos +1) y diferenciadores (pesos -1), éstas se pueden colocar a voluntad sin que cambie el comportamiento de la maquina: la funcion general de la maquina neuronal es invariante frente a cambios estructurales de dicha naturaleza. 2.- Cambiando la naturaleza de las capas de forma ordenada por medio de una unidad de control externa es posible generar, sin cambiar de estructura computacional, tantos funcionales diferentes como datos de entrada existan en el campo receptivo de la maquina neuronal. La forma de operar se basa en cambiar ordenadamente el signo de cada conexion de + a - 0 viceversa. Por ejemplo, una célula de este tipo con un campo receptivo rectangular de dimensiones mxm es capaz de computar mxm descriptores diferentes y linealmente independientes unos de otros. También se ha mostrado que las propiedades funcionales de estas maquinas (esto es, los nucleos de computaciOn que son versiones discretas de funcionales de Hermite, generados por la combinacion de procesos suma y diferencia) son una consecuencia directa de la estructura de la maquina neuronal (una cascada de microprocesos ordenada en capas) y en este sentido estructura y funciOn son mutuamente dependientes en nuestro modelo. ll 3.- El flujo del tiempo. Supongamos que tenemos una arquitectura basada en los bloques mostrados en la Figura 1, tal y como muestra la Figura 2, con células (0 maquinas neuronales) cuyos campos receptivos son todos del mismo tamajio, un cuadrado de dimensiones mxm, y que el disefio incluye la unidad de control externa mencionada anteriormente y que cambia los signos ordenadamente, de forma que para computar cada descriptor se necesitan t unidades de tiempo. Para conseguir el objetivo de obtener una descripcidn completa (es decir, que se realice una transformacion con inversa) de los datos de entrada, ésta, la entrada, debe permanecer sin cambios por al menos m’ t unidades de tiempo. Esto se muestra en la Figura 3, y de forma mas general en la Figura 4. Un registro intermedio de datos es emplazado tras la capa de receptores para introducir un retardo en la flujo de senales con el objeto de “dar tiempo” a la capa de procesadores de la maquina neuronal a calcular todos los descriptores necesarios. A su vez, este registro envia a la siguiente capa una version de la imagen de entrada dividida en el tiempo de forma que para é - 2 c P 4 cada imagen son enviados m* t mensajes por cada maquina neuronal. De esta estructura hay que resaltar dos puntos importantes: Primero, cuando los datos de entrada cambian mas rapidamente que la escala de tiempo fijada para el funcionamiento de los procesadores, gobernada por la unidad de control externa, se pierde la capacidad de recuperar de forma fiable los datos de entrada (Figuras 4 y 5). Segundo, cuando se combinan maquinas neuronales con campos receptivos de distinto tamafio, los datos son transmitidos en instantes diferentes dando una _ representaci6on inconsistente de a entrada. Es necesario, pues, en este caso, que las sefiales de células (maquinas neuronales) de mayor campo receptivo sean transmitidas mas rapidamente que las de menor campo receptivo. 4.- Implicaciones en Teoria Retinal. Conclusiones. En la exploraci6n y modelizacion o formalizacidn matematica de los mecanismos que subyacen en el proceso de informacion visual en los seres vivos es posible encontrar herramientas de cOmputo y estructuras novedosas cuyas caracteristicas permiten, de manera razonable, hacer suposiciones sobre la funcionalidad del “procesador natural”. En lo desarrollado anteriormente se comprueba que, si imponemos la restriccion fuerte de la complitud (es decir, que el sistema visual no pierda ni un bit de la informacion que le llega) el tipo de interrelacion que debe existir entre la estructura, la funcion y el funcionamiento temporal del sistema es, también, muy restrictiva, en el sentido de que modificar una caracteristica de la estructura (el tamafio del campo receptivo o el namero de capas de la maquina neuronal, p.e.) implica modificar la escala de tiempos y la funcionalidad. Por otro lado, es de resaltar que algunas de las caracteristicas necesarias para que el sistema artificial transmita informacion coherente del mundo exterior se comprueba existen en los sistemas naturales: existen diferentes velocidades de transmisiOn de informacion en neuronas diferentes. y dicha velocidad esta ligada al tamafio del campo receptivo {6}. Referencias. {1} Luria, A.R. (1973), “The working brain”, Penguin Books, London. {2} Marr,D. (1980), “Vision”, WH Freeman and Co. New York. {3} Moreno-Diaz jr. R. (1993) “Computacion paralela y distribuida: relaciones estructura-funcion en retinas”, Tesis Doctoral, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. {4} Moreno-Diaz jr, R. Leibovic, K.N., Bolivar Toledo, O. (1994) “Preservation of information in retinal systems”, Cybernetics and Systems, World Pub. Co, Singapur, Vol 1, pp731-736. {5} Moreno-Diaz, R. Garcés-Guevara, S., Moreno-Diaz jr, R. (1996) “Newton Tranforms: new tools for CAST and Image Processing”, Cybernetics and Sytems, Num 27, pp44 1-447. | {6} Lettvin J, Maturana H, McCulloch W, Pitts, W. (1953) “What the frog’s eye tells the frog’s brain” en “Embodiments of Mind”, The MIT Press, Cambridge, Mass, USA. 13 Fotorreceptores Capas de células Bipolares y Ganglionares Representacion simplificada de las tres capas Salida del Nervio Optico Figura 1: Estructura computacional detallada, en la que cada circulo representa una unidad microcomputacional (una conexi6on dendritica), haciendo algunas operaciones sencillas. A la derecha, la version mas simple que comprende esa estructura. Figura 2: Maquinas Neuronales que comprenden las unidades microcomputacionales completas, computando tres descriptores y que necesitan que los datos de entrada se mantengan tres unidades de tiempo para ser estables. La unidad de control externa no esta dibujada por simplicidad. Capa de Receptores mt Buffer de Sefales Retardadas mt a Sore es S a Figura 3: Una estructura general para computar en el tiempo una transformacion completa sobre una imagen dada incidiendo en la capa de fotorreceptores. El color codifica los datos concernientes a la misma imagen de entrada (por ejemplo, los mensajes de negro en el tercer bloque estan relacionados con la banda negra del segundo, e igualmente con las bandas de rayas verticales). El] buffer se necesita cuando se asume que los receptores trabajan mas rapido que la maquina neuronal. Tenemos que recordar que el prerrequisito de todo el sistema es ser completo en el sentido matematico. Capa de Receptores mt T Buffer de Senales Retardadas m°t t t eT EE ee EN ee ee Figura 4: Las células marcadas en negro tienen campos receptivos mayores y transmiten datos procesados con un desplazamiento en el tiempo. Estas células necesitarian una velocidad de transmision mayor para evitar una representacion inconsistente del espacio marcado en negro. 5 Capa de Receptores menos de m°t i mt Buffer de Senales Retardadas ZR Sa es EE om a A Figura 5: Si el espacio marcado en blanco permanece menos tiempo del necesario Jas maquinas neuronales envian una representaciOn incompleta: se necesitan tres conjuntos de descriptores para recuperar el espacio marcado en blanco y solo se envian dos. Hay datos que se pierden. SECCION QUIMICA im ee ave . way wy hapa pte y » pee ah ' dineedealy aa GH tewscirln. ef whi ainee. ri > - | re ce ee a rape ’ Liexy - . F Th (hee a , 66 Dd Hi ay 1 : ROTTED _ ADU » Heyvwecad=Canar .sCienc., .1x..(Naims2 3 vy 4),,. 19-52 ,.(1997) REFLEXIONES SOBRE LOS OXIDOS DE NITROGENO. EL CASO ESPECIAL DEL OXIDO NiTRICO * Federico Diaz Rodriguez Departamento de Ingenieria Quimica y Tecnologia Farmaceéutica, Universidad de La Laguna El nitrogeno forma con el oxigeno unos seis Oxidos bien caracterizados y algunos otros menos conocidos. Los mejor conocidos se presentan en la siguiente Tabla donde también se muestran su nombre y algunas de sus propiedades. Tabla 1 OXIDOS DE NITROGENO N20 Oxido nitroso; incoloro P.F. = -90.8 P_E. = -151.8 P_F. = -163.6 PE. =-1518 Poco reactivo NO Oxido nitrico; incoloro Moderadamente reactivo N2O3 Tridxido de dinitrogeno; azul oscuro Muy disociado como gas P.F.=-1006 PE = 3-5 (a) NO. Didxido de nitrogeno; color cafe Moderadamente reactivo P.F.=-11.2 N20, Tetrdoxido de dinitrogeno; incoloro PE. =212 Muy disociado en NQ2 en estado gaseoso. En estado liquido solo parcialmente. N2Os Pentdxido de dinitrogeno; incoloro | Solido ionico. Inestable en PF =30 vie gaseoso. PE. = 47 (d) NOTA.- Las temperaturas estan dadas en grados centigrados ” Este articulo de revision corresponde a la conferencia pronunciada en la sesion de la Academia Canana de Ciencias el 20 de noviembre de 1997. El Oxido nitroso, N2O es un gas ;elativamente estable que existe en la atmosfera a muy baja concentracién, aun en ausencia de la actividad humana, dado que se forma en procesos naturales que se producen en el suelo. No se considera generalmente un contaminante atmosférico. En la troposfera no tiene actividad apreciable, siendo su reactividad mas acusada en la estratosfera. Se puede obtener por descomposici6n del NH,NO3 a temperaturas superiores a los 250°C): NH,NO; — N20 + 2H20 reaccion que puede llegar a ser explosiva. También se puede obtener por otros procedimientos como la reduccion de nitritos y nitratos en determinadas condiciones. Cuando se respira durante un cierto tiempo produce un estado de excitacion especial (gas _hilarante), que también tiene propiedades anestésicas usandose, en ocasiones, en medicina, donde se mezcla, en determinadas proporciones con oxigeno; dicha mezcla se _ suele denominar aire dulce. Los pacientes lo inhalan a través de una mascara de goma. En relacion con esto, podemos comentar que el escritor Mario Puzo aprovecha este uso del N2O en su novela “E/ ultimo DON’, para describir la placentera situacidn de un _ paciente anestesiado por este procedimiento y, dada la situacién personal, concibe la idea de utilizar el gas para suicidarse. Se ha publicado recientemente en la prensa que, en algunas discotecas de grandes ciudades, se pueden adquirir unos pequenos globos que contienen la mezcla de Oxido nitroso y oxigeno que hemos comentado. El fin perseguido en estos sitios debe ser facilitar la risa y sorprende que, hasta la risa, pase de ser espontanea a ser programada. También se ha utilizado el NXO como comburente en algunos casos puesto que es capaz de descomponerse a temperaturas elevadas, liberando sus elementos constitutivos, nitrogeno y oxigeno, con la particularidad de contener una proporcién de oxigeno superior a la del aire. El Oxido nitrico (NO) fué preparado por primera vez por van Helmont (médico belga del siglo XVI), pero fue Pristley en el siglo XVIII quien lo estudid mas a fondo, siendo este investigador muy habil en la preparacién, recogida y manejo de gases”. Se trata de una molécula que contiene un electron desapareado, presentando, en consecuencia, propiedades paramagnéticas. Los efectos venenosos de este gas incoloro se pusieron de manifiesto cuando casi le cuesta la vida a Humphry Davy (1800) al tratar de ver como se comportaba al respirarlo. En el laboratorio se obtiene por reduccién del acido nitrico, asi como de nitratos y nitritos. Asi, 3Cu+8NO3H —-+ 3 Cu(NO3)2 + 4H20 + 2NO Existen otros muchos procedimientos de obtencion, pero, con fines industriales, se obtiene por oxidaci6n catalitica del NH3 °°’: 4NH;+50, —> 4NOQ+6H,0 La sintesis por combinacion directa de ambos elementos solo se puede lograr a temperaturas muy altas (3000°C o mas); aunque la reaccion se ha investigado en profundidad, especialmente, en el ambito de la combustion, no ha llegado a consolidarse como sintesis industrial aceptable. Con haldgenos (F2, Clz, Br2) forma los denominados haluros de nitrosilo y con muchos metales presenta una especial afinidad, formando nitrosilos metalicos. El NO reacciona con el oxigeno: 2NO +O, — 2NO,2 formandose el didxido de nitrogeno, que es un gas de color pardo, como indica la Tabla anterior. La mezcla NO y NO2 que aparece en la combustién, generalmente en pequenas cantidades, se le considera un agente contaminante atmosférico que, aparte de la posible toxicidad directa, también tiene importancia en la formacion de la lluvia acida. La mencionada mezcla se representa de manera abreviada por la formula: NO,. Desde el punto de vista termodinamico, el NO es inestable en las condiciones ordinarias de 25°C y 1 atm, tendiendo a descomponerse 3NO > N,O+NO,z descomposicion muy favorecida al elevarse la presion, lo que era de esperar dado que se produce una reduccion de volumen. Sin embargo, en las condiciones ordinarias de temperatura y . presion puede mantenerse indefinidamente el NO sin que se aprecie transformacién (estado metastable) y ello se debe a que la energia de activacion de la reaccién de descomposicion es muy alta y, en consecuencia, la velocidad muy baja‘?. El NO es producido en el cuerpo humano, asignandosele el papel de mensajero, que interviene en numerosas funciones como, por ejemplo, en la relajacion de las arterias. Luego entraremos con mas detalle en la fisiologia del NO. El tridxido de nitrogeno (N2O3), mas correctamente el tridxido de dinitr6geno, viene a ser formalmente el anhidrido del acido nitroso. 22 La mejor manera de obtenerlo es en estado liquido, de color azul intenso, o sdlido, azul palido, a partir de NO y NO, (tetroxido de nitrogeno)"” . La disociacion: N20; = NO + NO, es apreciable por encima de -30°C. El dioxido de nitrogeno (NO2) y el tetroxido de nitrogeno (N2O,, dimero del anterior) estan en equilibrio, tanto en disoluci6n como en fase gaseosa. 2NO2, < N20, Color café Incoloro paramagnetico diamagnéetico En estado solido, el Oxido que _practicamente lo constituye es el N2Oz, pero en estado liquido ya se aprecia disociacion. Al pasar al estado gaseoso se oscurece muy apreciablemente, debido a la presencia del NO>2; a 100°C la proporcion de ambos es: NOsz, 90% y N2Oz, 10%. El N20, se ha estudiado intensamente como disolvente no acuoso y se conocen tres isOmeros espaciales del mismo; se trata de un compuesto muy venenoso y un oxidante enérgico””. El NO2 reacciona con el agua para formar los dos acidos: HNO3 y HNO> 2NO,+H20 < HNO; + HNO? En presencia de oxigeno sdlo se forma NO3H. El pentoxido de nitrogeng (N2Os) 0, mejor, pentoxido de dinitrégeno, se puede obtener por deshidratacién del acido nitrico fumante con P20s: 2HNO3;+ P20, — 2HPO3+ N20; Es un solido cristalino inestable y puede explotar. Al disolverse en agua se forma el acido nitrico. Después de esta breve introduccién al estudio quimico de los Oxidos de nitr6geno y de haber hecho alusién a algunas propiedades especialmente importantes de algunos de ellos, vamos a tratar de centrar nuestro estudio en dos campos: en primer lugar vamos a tratar de estudiar el papel de estos Ooxidos en la atmosfera que nos rodea y luego comentar el papel asignado en estos ultimos tiempos al caso particular del Oxido nitrico en nuestro organismo. El papel jugado por la Quimica en la Sociedad en que vivimos ha sido fundamental, empezando por la profundizacion en el conocimiento de nosotros mismos y del resto de los seres vivos, conocimiento que ha llevado a la calificacion por algunos de que somos “maquinas quimicas’, O, mas concretamente, “maquinas bioquimicas”: En principio, todo se inicia con la fotosintesis, proceso que se considera la reaccion mas importante del mundo viviente y que muestra la dependencia hacia los vegetales del resto de seres vivos. A Su vez, las moléculas que existen en un organismo interactuan entre si, siguiendo unos determinados programas, para mantener la vida; en estos mecanismos juega un papel decisivo la dotacion enzimatica. Volviendo a la relacion Quimica-Sociedad antes indicada, vale la pena comentar brevemente lo que han representado productos como los plasticos, las aleaciones, los fertilizantes, los plaguicidas, las medicinas, los semiconductores, etc, etc., muchos de los cuales no se conocian hace 50 afios. Bien es verdad que se han creado problemas, en muchos casos, por su uso abusivo o descontrolado, pero desde el momento en que han saltado las senalas de alarma, el quehacer Cientifico y Tecnolégico se ha dispuesto a aportar soluciones. El desarrollo sostenible es el marco que han establecido los foros internacionales para solucionar los problemas, sin renunciar al soporte que dan los materiales mencionados, juntamente con otros muchos. Se ha dicho que la capa de aire que nos rodea, la atmosfera, ha mantenido su composici6n en los ultimos 50 millones de anos, pero que las actividades humanas, especialmente después del desarrollo industrial han supuesto una cierta alteracion. La atmosfera esta constituida por una mezcla de varios gases que ocupa un espesor inferior a los 100 km. La porcion mas cerca de la superficie terrestre es la troposfera (hasta unos 10 km). Los principales componentes de la troposfera se dan en la Tabla 2: Tabla 2”) Componente % (en vol.) Nitrogeno 78,08 Oxigeno 20,95 Argon 0,934 CO, 0,0314 Neon 0,00182 Helio 0,000524 Cripton 0,000114 Entre el No, el O2 y el Ar constituyen el 99,96% del aire. Los componentes minoritarios se presentan en la_ Tabla 3: Tabla 3” Componente ppm (en vol.) Oxido nitroso, N20 O25 Hidrogeno, H» ORS) Metano, CH, le Dioxido de nitrogeno, NO» 0,001 Amoniaco, NH3 0,01 Ozono, O3 0,02 Dioxido de azufre, SO2 0,0002 Monoxido de carbono, CO 0,1 Se considera que la presencia de estos componentes minoritarios se debe a procesos biologicos naturales y a la actividad volcanica. Ademas el aire contiene tambien vapor de agua cuyo contenido es muy variable, con un minimo en zonas desérticas y un maximo en zonas tropicales. El estudio de la interacciOn aire-vapor de agua tiene extraordinaria importancia, no solo para alcanzar adecuados niveles de “confort” y bienestar, sino porque su conocimiento es fundamental en operaciones como: enfriamiento del agua, acondicionamiento del aire y secado. El contenido de vapor de agua se suele expresar en forma de humedad absoluta y de humedad relativa. Las exigencias en cuanto a pureza estan justificadas, puesto que el aire es una primerisima necesidad para la mayor parte de los seres vivos: en nuestro caso, respiramos unos 20 m? por dia, que vienen a ser unos 24 kg, lo que, a su vez, representa unas 10 veces los alimentos solidos y liquidos ingeridos en el mismo periodo de tiempo”. 26 La sociedad actual, y mas concretamente el mundo industrializado, genera productos que se envian a la atmosfera y que proceden principalmente: del automovil, de la industria y de los procesos de combusti6n (Centrales Térmicas y calefaccion domestica). Estos componentes crean 0 pueden crear problemas, especialmente cuando se acumulan en ciertas zonas. Cualquier modificacion de la composicién media del aire que ya hemos comentado y que puede tener origen natural (vientos, nieblas, descargas eléctricas, vida animal, etc) u origen artificial (provocada por la actividad humana: transportes, industria, procesos de combustion, etc) recibe el nombre de contaminacién. La contaminacidon atmosferica es, en ocasiones, un problema transfronterizo, dado que la puede sufrir un pais que no la produce. Los contaminantes se suelen dividir atendiendo a su origen en: -Contaminantes primarios: liberados desde la Tierra. -Contaminantes _secundarios: formados en la atmosfera por reacciones entre ellos. La E.P.A. (‘Environmental Protection Agency’) clasifica los contaminantes primarios en cinco clases principales: Tabla 4° CONTAMINANTES PRIMARIOS Monoxido de Carbono, CO Oxidos de azufre, SO, (SO2 y SOs) Macroparticulas, (sdlidas y liquidas) Oxidos de nitrogeno, NO, (NO y NO>) Hidrocarburos, HC Se podria ahora comparar las cantidades que se producen anualmente de estos contaminantes de origen natural y de la actividad humana. Para el caso de los NO, se ha hecho la estimacion: 1,4.10° Tm/afio - Origen Natural 1,5.10’ Tm/afio - Origen Artificial Aunque nuestro objetivo son los oxidos de nitrogeno, vamos a dedicar un breve comentario a los otros contaminantes primarios. Asi, el CO procede de la combusti6n incompleta del carbono y/o de sus compuestos: C+4:0>.--3>CO Su concentracion se incrementa notoriamente en zonas de gran trafico urbano, dado que se forma en motores de combustion interna; también lo contiene el humo del tabaco. En la Fig. 1 se presenta graficamente las variaciones de concentracioén de CO durante el dia en una calle de N. York’. Concentraciones maximas de CO durante las horas de mayor afluencia 90 80 70 60 50 40 Concentracién media (partes por millén) ; ‘OAR 7% Pared oriental. ee. Pt ee cee aoe Pared occidentat = Direcclén sur & 7 direccién norte 0400 0800 1200 1600 2000 2400 Tiempo (hora) La accién venenosa del CO esta basada en que se combina con la hemoglobina de la sangre (Hb), formando carboxihemoglobina (HbCO) y ello impide el transporte del oxigeno a los tejidos que se hace por medio de la oxihemoglobina (HbO>). Existen unos maximos de concentracion y de tiempo de exposicién normalizados por la EPA. Son especialmente vulnerables los pacientes con cardiopatias. Resulta curioso que algunos agentes de trafico de la ciudad de Tokio deben respirar con cierta periodicidad oxigeno puro, para eliminar el CO acumulado en su sangre. El diéxido de azufre, SO, es también un contaminante primario Originado principalmente al arder el carbon y ciertos derivados del petroleo: S + O2 > SO, Ademas, en algunos procesos también se produce el SO3, que tambien se puede formar en la propia atmdsfera (contaminante secundario) por reaccién del SO> con el oxigeno, dicha reacciOn puede estar catalizada por algunos componentes de las particulas contenidas en el aire: $O,+ 1/20, > SO; Ambos se suelen designar de forma conjunta como SO,, analogamente a como se hace con los oxidos de nitrégeno. Aparte del efecto negativo directo de estos Oxidos sobre la salud y sobre numerosas especies vegetales, la presencia de vapor de agua en el aire favorece la reaccidn: S$O3;+ H20 —> H2 SO, formandose acido sulfurico, peligrosisimo contaminante secundario, uno de los principales responsables de la “lluvia acida”, que no solo ataca a los seres vivos sino que historicos edificios, a veces verdaderos tesoros existentes en ciudades como Atenas o Venecia, hechos con marmol y otros materiales resultan seriamente dafhados (para el caso del marmol una reaccion tipica podria ser: H2SO,+ CaCO; > CaSO, + CO2 + H20). Asimismo resulta curioso el fendOmeno observado en las campanas'” de algunas iglesias de Holanda en las que el tono que han mantenido 300 o 400 afos lo han perdido. En otras palabras: “se han desafinado” debido a la disminucion del grosor de sus paredes, como consecuencia del ataque al bronce por las lluvias acidas. Se podrian poner otros ejemplos, derivados de estas Iluvias, como la alteracion de la vida en lagos y rios por descenso del pH, muerte de grandes masas forestales, efectos tOxicos sobre la vida humana, etc. El problema de la lluvia acida es particularmente importante en Europa, estimandose que a la misma contribuye aproximadamente en proporcion de 2/3 los SO, y en 1/3 los NO,. Otro grupo de contaminantes primarios son los hidrocarburos, HC. Los primeros términos de la serie, de acuerdo a como se clasifican en Quimica Organica, son gases y, a partir del pentano, pasan a liquidos que presentan una_ elevada volatilidad, que naturalmente va disminuyendo al elevarse su peso molecular. Estos productos se emiten por evaporacion (observese lo que ocurre en una Estacion de Servicios cuando se esta repostando gasolina) 0 como inquemados en la combustion de gasolina, gasoleo, carbon, etc. Las macroparticulas, que pueden ser solidas o liquidas como se indica en la Tabla anterior, constituyen otro grupo de contaminantes primarios del aire, son nocivas para la salud por su naturaleza (pueden contener metales como Al, Ca, Mg, Pb..., etc) y también por su tamano dado que las mas pequenas acceden con mas facilidad a los alveolos pulmonares y, de aqui, su relacion con enfermedades respiratorias. 30 De los contaminantes primarios presentados en la Tabla 4 hemos ido dejando para el final a los Oxidos de nitrogeno, a los que dedicaremos ahora mas atencion, de acuerdo con el! objeto de esta charla. Ya hemos mencionado al principio las propiedades de estos Oxidos y que, en el Campo de la contaminaciéon atmosférica, se designa a la mezcla de NO y NO» como NO,. Deciamos que el Oxido nitrico se forma por reaccién directa de sus elementos constituyentes a las altas temperaturas de la combustion: N. + O02 —> 2NO reaccion tanto mas favorecida cuanto mas alta sea la temperatura. Tambien se sabe que el didxido se obtiene por reaccidn del oxido nitrico con el oxigeno: NO + %0, > NO, En la grafica siguiente se ve claramente como aumenta la proporcién de los NO, a medida que aumenta la temperatura’®’: 800 600 € 2s 2 <00 | x €> ! 2 206. 0 — 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 Temperatura (°C) 31 La siguiente Tabla considera los efectos del diOxido de nitrogeno en la especie humana. Tabla 5” Efectos del NO2 en los seres humanos Concentraci6n (ppm) Concentraci6n minima para percibir su olor 1-3 Irritacion de la nariz, garganta y ojos 13 Congestion y enfermedades pulmonares 25 Muerte, incluso por exposicion breve 100-1000 La normativa de la EPA condiciona un nivel anual promedio respecto a los NO, de 100 ug/m* o de 0,005 ppm. En la Fig. 2 se presentan zonas de los Estados Unidos con niveles constantemente elevados de 6xido nitrico". Regiones de Estados Unidos con niveles periddicamente elevados de monoxido de nitrégeno. Figura 2 32 Una idea de la importancia de la contaminacion atmosférica en un pais industrializado la tenemos en los Estados Unidos (donde, casi siempre, se dispone de mas datos), pais en el que se estima que se emiten a la atmdsfera anualmente mas de 200 millones de Tm de contaminantes, lo que supone, un valor aproximado de 1 Tm/(habitante)(afo), si se tiene en cuenta su poblacion. Las fuentes principales de estas emisiones son: el Transporte, las Centrales Eléctricas, la Industria y la Incineracion de residuos. La contribuci6n de los oxidos de nitrogeno viene a representar un 10% en peso del total. El contaminante entra en la atmosfera donde tiene un tiempo medio de residencia determinado, dependiendo de muchos _§factores: Condiciones climatologicas, reacciones quimicas con otros componentes atmosféricos (lo que puede determinar la aparicion de contaminantes secundarios), uso bioldgico, o bien puede llegar a un “sumidero”, que lo elimina (en la mayor parte de los casos la tierra o el mar). El problema mas importante se plantea cuando, por determinadas circunstancias, una masa de aire permanece estancada o embolsada, lo que origina una elevada acumulacion de contaminantes. La siguiente Tabla presenta las fuentes principales de oxidos de nitrogeno: 33 Tabla 6 Fuentes de 6xido de nitrégeno Fuente Porcentaje del total anual . emisiones del NO, Transporte 39.3 Vehiculos motorizados (gasolina) 32.0 Vehiculos motorizados (diesel) 2.9 Ferrocarriles 1.9 Uso de combustibles de motor para fines As distintos usos del transporte Vehiculos marinos 1.0 Combustion de carburantes (fuentes estacionarias -| 48.5 plantas de energia, calefaccién de espacios industriales, etc.) Gas natural ae ee Carbon 19.4 Aceite combustible 4.8 Madera 1.0 Procesos industriales (plantas de Acido nitrico, etc). Eliminacién de desechos sdlidos Diversos oe | Incendios forestales 5.8 Quema agricola 1s Combusti6n de desechos de carbon 10 Total Basada en los datos del Departamento de Salud, Educacion y Bienestar de Estados Unidos. Aparte de la existencia de ciertos procesos naturales en los que se forma y se libera a la atmdsfera el NO, debido a la actividad de ciertos microorganismos, se puede observar en la Tabla 6 que la contribucién mas importante a la formacién de los NO, la presentan las Centrales de Energia (que son también las causantes mas importantes de la aparicién 34 de los SO,) seguida muy de cerca por el transporte, que, por otra parte, es el principal responsable de la contaminacion por CO e HC. Las altas temperaturas alcanzadas al arder los combustibles fosiles en las Centrales y también en los motores de combustion interna, explican las altas cantidades de NO, producidas. Veremos que los NO, participan activamente en la formacién de contaminantes secundarios. Muchas de estas reacciones terminan en HNO; y NO3 que, a su vez acabaran depositandose en la tierra y en el mar, que vienen a ser el “sumidero” de los NO,. La forma mas corriente de dispersion natural de los contaminantes se basa en que el aire que esta mas proximo a la superficie terrestre se calienta mas y, por diferencia de densidad, tiende a elevarse, ocupando su sitio aire mas frio procedente de zonas mas altas. Esto conduce a una transferencia, por conveccion natural, de calor y materia, que favorece la dispersion. La disminucién de la temperatura con la altura es el comportamiento general como se presenta en la siguiente Figura’: > Condiciones _ del ejemplo Aire mas fresco Aire mas tibio Altitud “Condiciones del ejemplo = Aire mas tibio Altitud v0 inversion —_-—-- eo _____.__ Capa de inve ee ee ee eee 60°F ® Aire mas fresco Cuenca de pre ants 80°F Temperatura (b) Condiciones normales y de inversi6n en una acumulacion o bolsa de aire. Figura 3 35 En ocasiones puede ocurrir que una masa de aire mas fresco venga a ocupar una zona de poca altura, dejando la zona superior mas caliente, lo que se denomina una inversi6n de temperatura, como se puede ver también en la Fig. 3; aqui, en esta capa, ocurre que la temperatura aumenta con ia altura hasta llegar al final de la misma. Aparece una masa de aire estancada que impide la dispersion. Estas inversiones pueden cambiar en poco tiempo, pero también se pueden mantener varios dias. Si ocurre en dias soleados y sin nubes se favorecen reacciones entre los componentes de esta capa, pudiendo intervenir la radiacién solar (reacciones fotoquimicas) que pueden conducir a la aparicién del “smog fotoquimico”, hecho que se ha presentado en varios sitios, especialmente en California. La capa de inversion se puede asimilar a un enorme reactor quimico donde se produce un complejo conjunto de reacciones. Consideremos algun ejemplo significativo: el NO2 en presencia de los rayos U.V. de la luz solar pueden formar parte de un ciclo fotoquimico como el que se presenta en la Figura 4°”. Aparece NO y O: la reaccién de este ultimo con el oxigeno atmosférico produce O3 que es un contaminante secundario. Se cierra el ciclo por reaccion del O3 con el NO regenerando el NO> de partida y el Oz. En el ciclo no hay produccién neta de ozono que se presenta en el “smog fotoquimico’. | El aumento de la cantidad de Q3 aparece con la presencia de. hidrocarburos, siendo muy peligroso el conjunto: NO, - HC - luz solar como puede observarse en la Figura 5"). Se observa un nuevo ciclo, superpuesto al anterior, donde los HC presentes se combinan con el NO inicialmente formado con lo que se 36 a : ey Wr 37 elimina parte del NO del ciclo NO2-O3, lo que lleva a una acumulacion del O3, que contribuye a la formacidn del “smog”. Como se indica en la Figura 5, la aparicién de hidrocarburos en el ciclo NO2-O3 condiciona la formacion de hidrocarburos parcialmente oxidados, que vienen a ser un grupo de contaminantes secundarios constituyentes del “smog” que venimos considerando; para dicho “smog” se han descrito mas de 50 componentes, pero el estado de conocimiento de esta Quimica atmosférica no es aun muy completo. En principio, los HC reaccionan con oxigeno atdémico, con O3 y oxigeno molecular formando radicales, que, a Su vez, reaccionan con los HC, con los HC parcialmente oxidados y con el NO, presentandose un esquema muy complejo que incluye: Ooxidos de nitrogeno, CO, HC, O3 y gran variedad de compuestos organicos. También se debe considerar la existencia de macroparticulas en el “smog fotoquimico” a cuya presencia se debe el aspecto de niebla. Lo dicho se puede resumir en la siguiente lista donde se consideran los factores y componentes mas importantes para la aparicion del “smog fotoquimico’: ¢ Inversion de temperatura ¢ luz del sol « NO, *HC -CO ¢ Macroparticulas ¢ Vapor de agua e O> 38 La interaccion entre ellos conduce a nuevos productos, el conjunto de los cuales constituye el “smog”. Se suele tomar como referencia para determinar la mayor o menor peligrosidad la concentracion de ozono (que puede llegar a ser mortal > 15 ppm) y los PAN (nitratos de peroxiacetilo) que producen irritacion en los ojos. El “smog” comentado es el tipico de los Angeles y Tokio (smog fotoquimico); también existe otro tipo de smog, tipo Londres, para el que el componente principal es el contenido en SO> del aire. A lo largo de esta charla hemos venido plasmando ideas muy generales sobre la contaminacion§ atmosférica, particularizando especialmente el caso de los éxidos de nitrégeno, hemos considerado también las principales fuentes de emision y, para terminar esta parte, deberiamos entrar en los posibles remedios para esta situacion, es decir, el control de la _contaminacion. Nos vamos a limitar a considerar brevemente el caso de los motores de combustion interna, motores que se instalan principalmente en vehiculos de transporte y en las grandes unidades estacionarias para producir energia eléctrica, dada la gran incidencia que tienen en la contaminacion ambiental: como ejemplo significativo esta el hecho de que en muchas grandes ciudades, el trafico puede llegar a incidir en un 40% a la contaminacion. Por otra parte, los motores de combustion interna también aportan otros tipos de contaminacién como es la acustica y la que se deriva del cambio de aceites lubricantes y de las baterias (estos casos tienen actualmente vias de reciclado). Los principales contaminantes procedentes de estos motores son los siguientes: ¢ HC: inquemados o parcialmente quemados: su _ presencia disminuye cuando se usan mezclas pobres. ¢ CO: su concentracién aumenta con mezclas ricas: curiosamente también lo hace con mezclas muy pobres, por fallos en el encendido o apagado de la llama. ¢ NO,: principalmente el NO y una proporcion mas pequefna de NO». En general, el principal origen es térmico, es decir, proceden de la reaccion entre el N2 y el Oo del aire, aumentando su cantidad con la temperatura. ¢ Macroparticulas: son de particular importancia en los motores diesel, que emiten con facilidad humos que contienen proporciones elevadas de particulas de carbon. Desde el punto de vista cualitativo, todos los motores emiten practicamente los mismos contaminantes, ya sean motores de encendido provocado (motores de gasolina o motores Otto) o motores diesel (ignicion por compresion). Sin embargo, hay diferencias cuantitativas, asi, los motores diesel emiten, por termino medio, la mitad de los NO, que los de gasolina. 40 AAU eee t Ss rer ' =—— Masa com Figura 6 _La Figura 6" presenta las emisiones de 3 contaminantes (HC, CO y NO) para el caso de un motor de gasolina en funcion de la riqueza de la mezcla que lo alimenta, también llamada dosado = masa de combustible / masa de aire aa Se puede observar que se reduce la emisiOn de los 3 contaminantes considerados si se utilizan mezclas muy pobres (~ 1/19,5), pero alcanzar -estas condiciones supone dificultades tecnicas y rendimientos bajos. Si se aumenta la riqueza aumenta también la emision de NO, lo que no ocurre con el CO ni los HC que practicamente se mantienen; y no es recomendable pasarse mucho de la relacién estequiometrica dado que, si bien disminuye el NO, aumentan las emisiones de HC y CO, especialmente este ultimo. Otra forma es actuar sobre los gases de escape, es decir, después de la formacion y antes de su emision. Se trata de oxidar los HC y CO y de reducir los NO,, planteamiento que ha llevado al catalizador de 3 vias, actuando los primeros como reductores y los 6xidos de nitrogeno como oxidantes, lo que podemos representar de una forma muy simplificada de la siguiente manera: {NO, + O2} + {HC + CO} > Nz + H20 + CO, OXIDANTES REDUCTORES PRODUCTOS El sistema es complejo y necesita un control estricto de la mezcla, casi estequiométrica y, ademas, la gasolina no puede contener aditivos que contengan Pb que envenenaria el catalizador. | Se trata de un tema de investigacion actual muy intenso dadas las exigencias legales presentes y, especialmente futuras. Para el caso del motor diesel no se han desarrollado procesos de reduccion catalitica de los NO, y, en consecuencia, hay que actuar evitando su formacion, lo que lleva a disminuir la temperatura maxima de combustidn. El objetivo consiste en adaptarse a una legislacion cada vez mas estricta sin perder de vista la economia. Nos quedaria pendiente de considerar cuestiones tan importantes como el efecto invernadero y la disminuciOn de la capa de ozono estratosférica. Son cuestiones de intensa investigacion actual, que plantean también importantes controversias y, en consecuencia hay mucho que trabajar todavia. Como uno de los gases a los que se asigna un papel en el efecto invernadero es el N2O, terminamos este apartado con la presentacion de la siguiente Tabla: Tabla 7 Niveles atmosféricos y contribucién al efecto invernadero de los distintos gases invernadero Gas _ | Concentraci6n |% de aumento} Contribucion | Participacién (ppm) por ano por molécula | efecto invernadero (% Se trata de 5 gases (considerando los CFC, en un solo grupo) donde se presenta la concentracion de cada uno de ellos, siendo el CO, el mas Ssignificativo bajo este angulo y el % de aumento por ano, donde ocupan el primer lugar los CFC,. Desde el punto de vista de la capacidad de absorcion de radiacion |.R. terrestre se asigna arbitrariamente un valor 1 para la molécula de CO. y se comparan las demas. Asimismo se presenta el % de participacién en el efecto, correspondiendo al N2O la mas baja. Un caso curioso es el de los CFC; que, a pesar de estar en concentraciones muy bajas, su poder absorbente de radiacion es tan alto que contribuyen acusadamente (22%) al efecto invernadero. 43 El 6xido nitrico y la fisiologia Vamos a considerar el caso especial del Oxido nitrico y el papel que se le asigna modernamente en un sinfin de funciones en el organismo de los mamiferos. : Desde 1987, aho en que se publicaron los primeros trabajos en este campo, principalmente por parte del Prof. Salvador Moncada y col., se han publicado mas de 10000 trabajos sobre el papel fisiolgico del NO en los organismos vivos y en estos ultimos anos se esta publicando a razon de unos 3000 trabajos por afio™”. El NO fue declarado “molécula del ano 1992” y a partir de 1997 se ha comenzado a publicar, en los Estados Unidos, una revista que se titula: “Nitric Oxide. Biology and Chemistry’. Asimismo, se han publicado algunos libros sobre el Oxido nitrico. Todo lo cual demuestra el enorme interes despertado en la comunidad cientifica. Se le han atribuido funciones de control de la circulacion de la sangre y de regulacion de las actividades de érganos tan dispares como el cerebro, los pulmones, el higado, los rifones, el est6mago y los genitales. Asimismo, se le atribuyen funciones de control sobre el sistema inmune. y de procesos relacionados con el aprendizaje, la memoria, la depresi6n, etc. Es un producto que ha entrado ya en la practica clinica. Varios anos antes del comienzo de esta etapa, se sabia que el endotelio de una arteria o vena tenia la capacidad de relajar el musculo liso. El agente responsable era desconocido y se definid como “factor de relajacion dependiente del endotelio” utilizandose en la bibliografia las siglas EDRF (correspondientes a su denominaci6n en inglés). Fue Salvador Moncada el que disend los experimentos que llevaron a la conclusi6n que el NO era el factor desconocido con capacidad para relajar los vasos. En una de sus pruebas de laboratorio uso una version en pequena escala, pero muy sensible, de uno de los dispositivos utilizados para medir el NO en !os gases de escape de los automéviles: al poner en contacto con células del endotelio observ6 que el NO era el agente relajante buscado, agente que se producia en el organismo. Hasta ese momento, el NO era solo un contaminante atmosfeérico, también un paso intermedio en la obtencion del HNO3 a partir de NH3, y alguna cosa mas. Estos resultados produjeron cierta sorpresa y para ser mejor refrendados era necesario estudiar su origen, es decir, conocer cual era la reaccién de sintesis del NO en el endotelio, confirmandose posteriormente que no solo tiene la accion relajante sobre los vasos sanguineos en respuesta a la tension que provoca el flujo sanguineo 44 sobre la pared arterial, sino que viene a ser una parte esencial en la fisiologia de la mayoria de Organos y tejidos, como deciamos antes. EI NO tiene una vida media relativamente corta en las condiciones fisioldgicas y se forma en las células endoteliales por la accidn de una familia de enzimas, las “oxido nitrico sintasas” (NOS). Se conocen 3 formas de las NOS, que, se producen en: el endotelio, el cerebro y el sistema inmune. La NOS convierte la L-arginina en L-citrulina y NO, como indica el siguiente esquema'””: NH2~ 4 NH, NH, NOH NH, e) . Z 7 a ai be 5 NADPH |, NADPT NH fe) H,0 I 1 NADPH NADPT. NH 0, H,0 2 NH eae whe 7, + 6 NO nitric § oxide L-arginine N&-hydroxy-L-arginine L-citrulline Estequiometria y mecanismo de la oxidacién de la L-Arginina en dos etapas, mediante la presencia de las NOS Figura 7 Se puede observar que aparecen dos pasos de oxidacién con un producto intermedio, la N°-hidroxil-L-arginina, que se ha podido aislar. La NOS necesita varios cofactores y grupos prostéticos: NADPH, FAD, FMN, tetrahidrobiopterina (BH,4) y otros, algunos de los cuales se presentan en la Fig. 7, donde el NO liberado se simboliza por eNO, haciendo patente su caracter de radical. Acccion sobre la presion arterial sistemica La presién sanguinea (P.S.) es el resultado de un balance entre los factores que influyen en la contraccion y la dilatacién de los vasos, y todo parece indicar que la dilataci6n esta basada en un flujo estable de NO; Cualquier interrupcién de este suministro altera las caracteristicas elasticas del musculo liso (el tono) y puede dar lugar a la elevacién de la presién. Se debe recordar que, desde hace mucho tiempo, se sabe que 45 ciertas sustancias como, por ejemplo, el nitrito de amilo o la nitroglicerina tienen accidn antidolorosa ante la situacion de isquemia miocardica creada por el estrechamiento de las coronarias (angina), interpretandose, a la luz de lo dicho, que se debe producir una liberacion de NO. En relacion con esto, cabe mencionar un hecho acaecido en la 1? Guerra Mundial, donde se observo que los operarios de las fabricas de explosivos que contenian nitroglicerina y que, en consecuencia, estaban en contacto directo con esta sustancia, presentaban una P.S. muy baja, lo que llevo a la fabricacion de pastillas con nitroglicerina como agente activo para mitigar aquellas situaciones, como el caso del dolor anginoso, donde se hace necesario producir una vasodilatacién. No se conoce bien el mecanismo por el que se libera el NO a partir de compuestos como la nitroglicerina. La Fig. 8 contiene 3 partes: A, B y C, en las que se trata de presentar la relajacién del musculo liso por la intervencién del NO”): Snear stress Physiology 46 Endotnelium Smeotn muscle Pharmacology “= se 5 Pathophysiology Figura 8 47 En la parte A se tiene una activacioOn vascular con intervencion de la tension o esfuerzo cortante, la acetilcolina, la bradiquinina y la presencia del Ca” que estimula la NOS. El NO formado via L-arg, estimula la guanilato ciclasa soluble (SGC), lo que permite el paso de GTP a GMP ciclico, cuyo aumento en las celulas del musculo liso produce su relajacion. En la parte B se considera el caso en que se utilicen derivados nitrados como la nitroglicerina que son vasodilatadores por liberacion de NO. La parte C de la Fig. 8 considera el caso donde un factor soluble (citoquina), induce la NOS independiente del Ca*’, induccién que puede ser inhibida por glucocorticoides. El papel de la L-arginina en la formacion de NO se ha probado también por los trabajos de P. Vallance y su grupo (“University College London”) que utilizaron la L-N-monometilarginina (L-NMMA), que es un inhibidor de las enzimas NOS, con el fin de comprobar lo que ocurre con la interrupcion de la formacion de NO: inyectaron gradualmente L-NMMA en uno de los brazos de voluntarios para el experimento y en el otro ‘brazo no se inyectaba nada, dejandolo como referencia: el flujo sanguineo se redujo a la mitad en el brazo inyectado, con relacion al brazo de control!” A otras sustancias también se les asigna el papel de inhibidores de la formacion del NO entre las cuales se pueden citar los AINE, y el Etanol'"4) Accion del NO sobre la tension arterial pulmonar Para tratar la hipertensién pulmonar y problemas respiratorios de recién nacidos se han utilizado, con buenos resultados, inhalaciones con aire que contiene concentraciones muy bajas de NO (unas 25 ppm), interpretandose que la accién beneficiosa se debe a la relajacion de los vasos contraidos. Accion del NO en el cerebro Deciamos antes que existe una NOS en el cerebro, habiendose demostrado que aqui aparece esta enzima en concentracion superior que en cualquier otro érgano. Se ha considerado el papel del NO como mensajero entre las células nerviosas y su posible identificacion con el “retrograde messenger” que tiene un papel basico en la existencia de la memoria como apunta Garthwaite'’””. El NO producido en el cerebro por la acci6én de la NOS neuronal es un mensajero quimico sinaptico, lo que puede abrir nuevas posibilidades 48 en el estudio de la alteracion del sistema nervioso como es el caso de las enfermedades tipo Alzheimer o Parkinson. Accion del NO sobre el sistema inmune El grupo de sustancias que utiliza el sistema inmunitario de los mamiferos para defenderse de los agentes infecciosos y células tumorales se ha enriquecido en estos ultimos tiempos con el NO. Como es sabido, los macrdfagos son células del sistema inmunitario que pueden existir en dos estados: a) Estado de reposo, donde son capaces de destruir algunas especies bacterianas, pero no todas, observandose que éstas, después de fagocitadas por los macrdofagos se resisten, desarrollandose en el interior de estas células. Asimismo son incapaces de impedir la proliferacion de células tumorales. b) Estado activado, que se adquiere después de una estimulacién y en estas condiciones actuan de manera eficaz, como antimicrobianos y antitumorales. Se ha encontrado que la capacidad para inhibir la multiplicacién de células tumorales “in vitro” esta relacionada con la presencia de la L-arginina,'"*). Macrophage Target Cell Lipopoly Interferor sacchande gamma Figura 9 49 La Fig. 9 presenta el mecanismo por el que se llega a la condicion de citostasis y citotoxicidad por parte de un macrofago frente a una célula diana como puede ser una bacteria, hongo, célula tumoral, etc. En este caso la estimulaci6n se puede alcanzar por accion conjunta o separada de lipopolisacaridos y el interferén y. El NO, que se difunde hacia la célula invasora, se combina con centros que contienen Fe-S, a su vez, contenidos en las enzimas claves del ciclo respiratorio y para la sintesis del DNA. La produccion de NO por el SMF (Sistema mononuclear fagocitario) se interpreta como una defensa contra la enfermedad; sin embargo, el NO puede actuar en un sentido opuesto en algunos casos: bradicardia, hipoglucemia, etc. Si lo que se ha tratado aqui les ha entretenido y quizas haya encendido alguna llama de curiosidad, aunque sea pequena, creo que se han logrado los objetivos que me propuse al redactar estas paginas. 50 Bibliografia 1.- Cotton F.A. y Wilkinson G. - “Quimica Inorganica Avanzada’. Traduccién al espanol. Edit. Limusa, México, (1986). 2.- Babor, J.A. e Ibarz Aznarez, J.- “Quimica General Moderna’. Edit. Marin, Barcelona, (1963). 3.- Heslop, R.B. y Robinson, P.L.- “Quimica Inorganica’. Traduccion al espanol. Edit. Alhambra, S.A., Madrid, (1962). 4.- Gutiérrez Rios, E.- “Quimica Inorganica’. Edit. Reverte, Barcelona, (1991). 5.- Dickson, T.R.- “Quimica. Enfoque Ecoldédgico”. Traduccién al espanol. Edit. 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We have found no proof of divalent cation-mediated binding of the poly- saccharide molecules. The polymerisation degree of the basic pentasaccharide unit was determined by chromatography in Sephacryl HR400 with lineal dextran molecules used as molecular weight standards. It ranged between 26 to 105 repeating units, being more frequent the molecules made by 43-44 pentasaccharides. RESUMEN En agua destilada (pero no en disoluciones de KCl, CazCl o EDTA) las moléculas del polisa- carido acido producido por la bacteria Bradyrhizobium (Chamaecytisus) BGA-1 se asociaron entre si. No se encontraron pruebas de que las moléculas del polisacarido se uniesen mediante enlaces io- nicos con cationes divalentes. Mediante cromatografia en Sephacryl HR400 y usando patrones linea- les de dextrano se determino el grado de polimerizacion de la unidad pentasacaridica basica del poli- sacarido, que result estar comprendido entre 26 y 105, predominando las moléculas formadas por 43-44 repeticiones del pentasacarido. Key Words: Bradyrhizobium, Exopolysaccharide, Molecular Exclusion Chromatography Palabras clave: Bradyrhizobium, Exopolisacarido, Cromatografia de exclusion molecular. 55 1. INTRODUCCION Entre las estirpes de bacterias fijadoras de nitrogeno que se han aislado de leguminosas en- démicas de las Islas Canarias, la denominada Bradyrhizobium (Chamaecytisus) BGA-1 produce un exopolisacarido (EPS) acido cuando se cultiva en medios ricos en manitol LEON-BARRIOS [5]. Este EPS esta formado por glucosa, galactosa, manosa y acido galacturonico, presentando un va- riable grado de acetilacion y sustitucion por grupos O-metilo; su estructura covalente se ha publicado recientemente [6], y ha resultado idéntica a la del EPS producido por Bradyrhizobium japonicum USDA110, excepto en la pauta de sustitucidn de los monosacaridos por grupos acetilo y metilo. La unidad pentasacaridica basica tiene la siguiente estructura [6]: —>3)-[a-D-Galp-(1—6)]-a-D-Glcp-(1—3)-B-D-Glcep-(1—3)-a-D-GalpA-(1—3)-a-D-Manp-(1> Este polisacarido resulta de interés porque sus disoluciones presentan la notable propiedad de precipitar en presencia de iones metalicos tri- o polivalentes sin que, a diferencia de lo habitual en otros polisacaridos acidos, sus disoluciones gelifiquen [1]. Esta precipitacion es bastante especifica y requiere que los cationes metalicos se encuentren hidrolizados en la forma general Me(OH),”’. Ademas de la estructura covalente de este EPS, se conoce su comportamiento electroforético el cual parece indicar que presenta un caracter polidisperso [5]. Por otra parte, se ha propuesto [5] que el EPS puede unir iones calcio formando agregados que se disocian en presencia del agente quelante EDTA. Sin embargo, no existen datos definitivos que avalen la anterior afirmacion ni tampoco sobre su comportamiento en cromatografia de exclusion molecular. Dado que esta técnica puede aportar datos tanto sobre el tamafio molecular medio, parametro que resulta desconocido, como sobre posi- bles interacciones de asociacion intermoleculares que no resulten en la formacion de precipitados o geles, parece conveniente el estudio mediante cromatografia de exclusion molecular del EPS pro- ducido por B.(Chamaecytisus) BGA-1. Tal es el objeto de la presente comunicacion. 56 2. MATERIALES Y METODOS 2.1 Aislamiento y purificacion del exopolisacarido EI polisacarido se obtuvo a partir de cultivos de 7 dias de B. (Chamaecytisus) BGA-1 crecidos en 3 L de medio YM [9]. El medio de cultivo se centrifugo durante 20 min. a 10.000xg, y el sobrenadante se concentro hasta un tercio de su volumen inicial en un rotavapor a 45°C. El polisacarido se precipito con 3 vol. de etanol, el precipitado se recogio mediante centrifugacioOn, y seguidamente se dializO exahus- tivamente frente a agua desionizada y se liofilizo Para purificar el EPS acido se disolvieron 0,5 gramos del liofilizado en 25 ml de EDTA 0,1 M, KCI 0,05 M en tampon Tris 0,1 M pH 8,0.. El residuo insoluble se elimino por centrifugacion, dializandose el sobrenadante frente a KC] 20 mM en un tampon Tris 20 mM pH 8,0. El resultado de la dialisis se aplicd a una columna (2,5 x 40 cm) de intercambio ionico de DEAE- Shephacel (Pharmacia-Biotech) equilibrada con el tampon de didlisis. La elucion se llevo'a cabo con un gradiente lineal de KCI desde 20 mM hasta 300 mM en tampon Tris 20 mM pH 8,0. El flujo empleado fue de 25 ml/h siendo el volumen total del eluido de 500 ml, el cual se recogio en fracciones de 5 ml. El polisacarido se detecto por el método de DUBOIS et al. [2] y el gradiente salino se valoro mediante conductimetria. Las fracciones de polisacarido que formaban el pico que eluyo entre 170 y 230 mM de KCI se reunieron y se dializaron frente a agua desionizada para su posterior liofilizacion. Para inhibir el crecimiento de microorganismos se afiadio clorhexidina (Hibitane) hasta el 0,02% a todas las disoluciones y medios de dialisis empleados, a excepcion de la didlisis final. 2.2 Cromatografia de exclusion molecular Se han empleado los siguientes medios: Ultrogel AC44 (IBF Biotechniques); es una matriz formada por particulas esféricas de poliacrilamida con un Fe de agarosa intersticial [8]. Sephacryl HR200 y Sephacryl HR400 (Pharmacia-Biotech) se presentan como particulas esféricas formados por entrecruzamiento covalente de dextrano con NN’-metilen-bisacrilamida. El rango de fracciona- miento del Ultrogel AC44 y del Sephacryl HR200 es similar, estando comprendido entre 1.000 y 80.000 Dalton para dextranos. El Sephacryl HR400 presenta un rango de fraccionamiento para dex- 57 tranos comprendido entre 10.000 y 1.000.000 Dalton. En todos los casos el EPS se disolvié a una concentracion de 1,5 mg/ml en el medio en el cual se habia equilibrado previamente la columna y en el que se iba a realizar la elucion. El flujo de eluciOn se ajusto a 12,5 ml/hora y se recogieron fraccio- nes de 1,5 ml, eed la concentracion del polisacarido en cada una de ellas. Para determi- nar el volumen de exclusion de las columnas se empleo Dextran Blue (Pharmacia-Biotech); el volu- men total se determino con galactosa o dicromato potasico. El valor de Kav se determino como: Kav = (volumen de elucién-volumen de exclusion)/(volumen total-volumen de exclusion) Como patrones se usaron preparaciones de dextrano cuyos pesos moleculares medios fueron: 11.600; 23.800; 48.600 y 80.900 Dalton (Fluka Biochemica). 2.3 Cuantificacion del exopolisacarido La cuantificacion del EPS se realizo mediante una variante del método de DUBOIS ef al [2]. A 0,1 ml de la muestra a valorar se afiadieron 0,9 ml de agua y SO ul de fenol al 80% en agua. Las muestras se incubaron durante 30 min. a 60°C, afiadiéndose seguidamente 3 ml de H2SO,. Las muestras se dejaron durante 30 minutos a temperatura ambiente y se midio su absorbancia a 480 nm. Los resultados se expre- san como mg de glucosa, al ser este monosacarido el patron empleado. El grado de contaminacion por proteinas o acidos nucleicos del EPS se evaluo mediante espectroscopia de absorcion entre 205 y 300 nm de longitud de onda. Se emplearon disoluciones acuosas del EPS a una concentracion de 5 mg/ml. 2.4 Determinacion de la viscosidad La viscosidad de una disolucion del polisacarido (concentracion 0,5 mg/ml), se determind em- pleando como disolvente una disolucién acuosa de acido acético, acido formico y piridina a una concen- tracion 0,05 M de cada uno cuyo pH fue ajustado a 5,17 con NaOH. La viscosidad fue determinada em- pleando un viscosimetro cinematico KPG-Ubbelohde de 15 ml de capacidad aproximadamente, 0,5 mm de diametro y de constante 0,002894. Se obtuvieron valores de flujo superiores a los 300 s. por lo que no fue necesario hacer uso del factor de correccion Haggenbach-Couette. Los tiempos fueron medidos elec- tronicamente con una célula fotoeléctrica Shott AVS 350. Para determinar la densidad se empleo un den- 58 simetro A. Paar modelo DMA-60. La célula DMA-602 fue calibrada periddicamente con aire seco y agua desionizada. Todas las medidas fueron tomadas a 25°C. 3. RESULTADOS En la Fig. 1 se muestra el efecto que la naturaleza del soporte presento sobre el comportamiento cromatografico del EPS. Es de destacar que el EPS se adsorbio significativamente al Sephacryl HR200, a pesar de que generalmente se considera que éste es un soporte inerte; esta adsorciOn no ocurmid en Ultrogel AC44, aunque en este caso se encontro que las moléculas del EPS se asociaron fuertemente entre si. Ahora bien, tanto la unidn de las moléculas de EPS entre si como su adsorcion al Sephacryl HR200 desaparecieron al incrementar la fuerza idnica: En la Fig 2 se muestra el perfil de elucion de los EPS en presencia de KCl 0,1 M y urea 6M. El perfil cromatografico en ausencia de urea y en KCI 0,1 M fue similar al mostrade en la Fig. 2. 1 —o— Sephacryl 0,8 —e Ultrogel 0,6 mg glucosa Figura 1 Perfil de elucion del exopolisacanido acido producido por Bradyrhizobium (Cha- maecytisus) BGA-1 cromatografiado en agua desionizada. Se emplearon columnas de 45 x 2,5 cm, empaquetadas con Ultrogel AC44 0 con Sephacry! HR200. 0,6 _ Of w (e) O =) oO) ©) E 02 fe) 0:2 0 <02. 04 66 Oe. 1-12 Figura 2. Perfil de elucién del exopolisacarido acido producido por Bradyrhizobium (Cha- maecytisus) BGA-1. Se empleo una columna de 45 x 2,5 cm empaquetada con Sepha- cryl HR200 eluida con urea 6 M en KCI 0,1 M. Teniendo en cuenta el que la mayor parte del EPS eluyo cerca del volumen de exclusién tanto en las columnas de Sephacryl HR200 como en las de Ultrogel estos medios no resultaron adecuadas para la determinacion de su tamafio. Por ello, se empleo para este fin una columna de 100 cm x 2,5 cm de diametro rellena con Sephacryl HR400, capaz de separar moléculas de mayor tamafio que las matrices anteriores. Los resultados se muestran en la Fig. 3. Los EPS eluyeron como un pico ancho, como cabia esperar de su caracter polidisperso, y asimétrico. El rango de pesos moleculares relativos a los patrones de dextrano y el numero de restos glucosilo en la cadena (entre paréntesis) fue de 16.000 (104) a 65.000 (422), con un maximo a 26.800 (174). Teniendo en cuenta que el dextrano es un polimero linal de glucosa, mientras que el EPS de BGA-i esta formado por n repeticiones de un tetrasacarido sustituido; los valores de pesos moleculares hallados sugieren que el numero de repeticiones de la unidad basica varia de 26 a 105, predominando las especies con 43-44 repeticiones. 60 mg glucosa Kav Figura 3. Perfil de elucién del exopolisacarido acido producido por Bradyrhizobium (Cha- maecytisus) BGA-1 cromatografiado en KCI 0,1 M. Se empleo una columna de 100 x 2,5 cm empaquetada con Sephacryl HR400. En el inserto se muestra la relacion entre el valor de Kav (determinados en la misma columna y condiciones que para el EPS de BGA-1) y el peso molecular medio de los patrones de dextrano empleados. Empleando la columna de Sephacryl HR400 se estudio si los cationes divalentes Ca” y Mg” asocian las moléculas de EPS, como se habia sugerido previamente [5]. Sin embargo, los perfiles de elucion en presencia de CaCl, 0,1 M en agua (pH 5,75); de CaCl, 0,1 mM en tampon acetato potasico 20 mM pH 5,6 ; de MgCl, 10 mM en agua o de MgCh en tampon Tris 10 mM pH 8 fueron idénticos a los mostrados en la Fig. 3. El polisacarido (a una concentracién de 0,5 mg/ml) incremento muy ligeramente la viscosidad del solvente. Asi, la viscosidad absoluta del solvente puro fue de 0,9198 cP (1,031 relativa al agua), mientras que en presencia del polisacarido aumento hasta 0,9344 cP (1,048 de viscosidad relativa al agua). La disolucion del polisacarido mostro comportamiento de tipo newtoniano. 61 4. DISCUSION Los resultados obtenidos no justifican la hipotesis anterior [5] de que las moléculas de EPS se unen entre si mediante cationes divalentes; por el contrario, muestran claramente que esa asociacion no existe. La citada hipdtesis se basaba en el hecho de que, en columnas de Ultrogel AC44, eluyendo los EPS en agua se comportaban como moléculas de tamajfio elevado, mientras que eluyendo en EDTA 10 mM el tamafio molecular aparente es mucho menor [5]. Sin embargo, los datos presentados muestran que esta disociacion es un efecto debido a la fuerza iOnica y mas que al caracter quelante para cationes divalentes del EDTA. Esta union polisacarido-polisacarido en agua ocurre también cuando se emplea Sephacryl HR200, en donde los EPS se adsorben a la matriz. Teniendo en cuenta que el Ultrogel y el Sephacryl son copolimeros de poliacrilamida y agarosa o dextrano, respectivamente, cabe suponer que los EPS en agua se unen mas fuertemente al dextrano que a la agarosa por interacciones que no deben ser de caracter idnico, dado que el dextrano es un polisacarido neutro. El tamafio estimado del EPS de B. (Chamaecytisus) BGA-1 es notablemente menor que el de otros polisacaridos rizobianos, cuyos pesos moleculares pueden alcanzar varios millones de Dalton [3, 4]. El valor del peso molecular hallado es meramente aproximado, ya que la los patrones empleados y el EPS tienen estructura diferente. En efecto, los dextranos son moléculas lineales formadas por restos de desoxiglucosa unidos por enlaces glicosidicos a (16), mientras que en la cadena central del EPS estudiado los enlaces son a(1—3) y B(1-43) [6]. Esto se traduce en que el EPS de BGA-1 es una molécula relativamente rigida, [7], mientras que las cadenas de dextrano resultan notablemente mas flexibles. En cualquier caso, el valor del peso molecular estimado indica un grado de polimerizacién de la unidad pentasacaridica relativamente bajo, lo que esta de acuerdo tanto con los bajos valores de viscosidad de la disolucién del EPS como con el hecho de que estas disoluciones presenten un comportamiento newtoniano, a diferencia de lo que es caracteristico de las disoluciones de polisacaridos de elevado peso molecular. 62 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido financiado por la Consejeria de Educacion, Cultura y Deportes (Direccion General de Universidades e Investigacion) del Gobierno de Canarias. Agradecemos al Prof. A. Vivo del Departamento de Quimica Fisica de la Universidad de La Laguna su colaboracion en la determinacion de la viscosidad de la disolucion del polisacarido. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] BIBLIOGRAFIA CORZO, J., LEON-BARRIOS, M., HERNANDO-RICO, V. y GUTIERREZ-NAVARRO, A.M. (1994), Appl. Environ. Microbiol., 60, 4531-4536. DUBOIS, M., GILLES, K.A., HAMILTON, J.K., REBERS, A. y SMITH, F. (1956), 28, 350-356. GONZALEZ, J.E., YORK, G.M. v WALKER, G.C. (1996), Gene, 179, 141-146. LEIGH, J.A. y WALKER, G. C. (1994), TIBS, 10, 63-67. LEON-BARRIOS, M.. GUTIERREZ-NAVARRO, A.M., PEREZ-GALDONA, R., DIAZ- SIVERIO, J., TRUJILLO, J. Y CORZO, J. (1992), J. Appl. Bacteriol., 72, 91-96. POVEDA, A., SANTAMARIA, M., BERNABE, M., PRIETO, A., BRUIX, M., CORZO, J. y JIMENEZ-BARBERO, J. (1997), Carbohyd. Res. en prensa. POVEDA, A., SANTAMARIA, M., BERNABE, M., RIVERA, A., CORZO, J. y JIMENEZ- BARBERO, J. (1997), Carbohyd. Res. en prensa. RYLEY, H.C. y MATTHEWS, N. (1977) Sci. Tools, 25, 4-S. VINCENT, J.M. (1970), en: A Manual for the Practical Study of the Root Nodule Bacteria, Blac- kwell Sci. Pub., Oxford. 63 iar ecto e Phat Limeade Easel = a is en es . DAE icy amt, SEI re = THUY, a» doovde gies A onc ate iat iy) * ie yee riepsidg 5 ates 1 Sema gy Sate Gh | saint da: aes ae ©) mice ray sees sicily (gt) ISRO 1 LRG | OSAGhS +4 oe LA “eT aA LEA, | Ley ser ete Nei td SZ y yet OR Daal A ET lire: sh Loli Bi: al C wis Waal | iz 43 Oy ile RY a WR inetd du enltyneas lo vivients dy deuipen> SPOR mn ° lecular edtyrand binin ule i Tote, ee es Tad i ree 44) vy “a het fe La "J y¢ mAs Sincere § \O ie) Rev.Acad.Canar.Cienc., IX (Nims. 2,3 y 4), 65-86 (1 REVISION DE LOS METODOS FILOGENETICOS DE SECUENCIAS: UNA CRITICA A LA TEORIA DE KIMURA SOBRE EL NEUTRALISMO DE LA EVOLUCION MOLECULAR ENRIQUE MELENDEZ-HEVIA*, RAQUEL R. RAPOSOt, RUTH MELENDEZ* Y HECTOR CABEZAS* Universidad de La Laguna, * Departamento de Bioquimica, Facultad de Biologia/ t Departamento de Quimica Fisica, Facultad de Quimica’ 38206 Tenerife, Canary Islands, Spain. ABSTRACT The approaches for phylogenetic studies based on protein and nucleic acid sequence analysis have yielded a remarkable advance in our knowledge of biodiversity in the last 30 years. However its correct use has many problems, so data processing is a hard task. The general hypothesis on which all these methods are based is the so-called neutral theory of molecular evolution, presented by Kimura. In this work we present a review of these methods and of their main problems, and present a criticism to Kimura’s theory, based on the results of our research in the last years. A conclusion of this work is that the correct interpretation of molecular phylogeny data demonstrates that arthropods and annelids are artificial groups with no phylogenetic consistency. RESUMEN Los métodos para estudiar la filogenia basados en el analisis de secuencias de proteinas y acidos nucleicos han producido un avance considerable en nuestro conocimiento sobre la biodiversidad en los ultimos 30 anos. Sin embargo, su correcto uso tiene muchos proble- mas, por lo que el tratamiento de los datos es complicado. La hipdtesis general en la que estan basados estos métodos es la llamada teoria del neutralismo de la evolucion molecular formulada por Kimura. En este trabajo hacemos una revisién de estos métodos y de sus principales problemas, y presentamos una critica a la teoria de Kimura, basada en los re- sultados de nuestra investigacién en los ultimos anos. Una conclusién de este trabajo es que la correcta interpretacion de los datos de filogenia molecular demuestra que los artr6- podos y los anélidos son grupos artificiales sin consistencia filogenética. INTRODUCCION La construcci6n del arbol filogenético es uno de los problemas mas trascendentales de la Biologia, comparable en cierto modo con lo que fue para la Quimica la construccién de la Tabla periddica. Esta tarea no ha perdido actualidad desde las primeras consideraciones de Darwin en 1859 y los primeros intentos de Haeckel en 1966 [3, 42]. La filogenia es el estudio de las relaciones de parentesco entre los distintos grupos de seres vivos. El criterio general para investigar es el establecimiento de homologias. Una homologia—o marcador filogenético—es una caracteristica familiar, propia del grupo, que no depende de las con- diciones ambientales o del desarrollo y diversificaci6n de una rama, sino que se mantiene inalterable en la linea desde su aparicion. El problema mas importante de la investigaci6n filogenética es la busqueda de buenas homologias. En general, lassmejores son las que ca- recen de valor selectivo. Como veremos, el mundo molecular es un buen campo para en- contrar homologias muy valiosas, pero su busqueda y la correcta interpretacion de esos datos estan llenas de obstaculos. ) En los tltimos afios, con el desarrollo de nuevos métodos experimentales ha resurgido la filogenia molecular: el estudio de relaciones filogenéticas basado en las secuencias de nucleotidos en acidos nucleicos, como anos antes lo habian sido las de aminoacidos en proteinas. Estos métodos estan basados en que estas secuencias cambian a lo largo del tiempo con velocidad constante; esa velocidad es distinta para cada proteina o acido nu- cleico de acuerdo con ciertas caracteristicas de su papel en la célula pero, en principio, sin diferencias entre especies de distintos grupos taxondémicos, siempre que la molécula en cuesti6n desempene el mismo papel en todos ellos. Entre los afios 1974 y 1983 [22] Kimura formul6 la “teoria del neutralismo en la evolu- cion molecular”, la cual se ha interpretado como la razon de esa velocidad constante. El uso extenso que estan teniendo estos métodos en los dltimos anos ha demostrado que existen muchos problemas para su uso correcto. Algunos de estos problemas son practicos y pueden resolverse analizando mas muestras, pero otros son tedricos y su solucién puede ser mucho mas dificil o imposible. En este trabajo hacemos una revisién de esos problemas y presentamos una critica a la tesis de Kimura basada en nuestros resultados de los ulti- mos afios sobre la optimizacién del metabolismo. En la tltima seccién presentamos tam- bién unas conclusiones sobre la situacién filogenética de los Artrépodos y de los Anélidos mostrando que ambos grupos son artificiales sin fundamento filogenético. 66 RELOJES MOLECULARES Y FILOGENIA MOLECULAR Es importante tener un reloj evolutivo para medir el tiempo de los acontecimientos que han ocurrido a lo largo de la evolucién. Las primeras herramientas que se usaron en este senti- do fueron los reiojes paleontol6gicos, que estan basados en el cambio morfolégico de una especie producido continuamente en el tiempo, como el ejemplo mostrado en la figura 1. Después se desarroilé la datacién de los periodos geolégicos midiendo la desintegracién de elementos radiactivos. El tercer paso fueron los relojes moleculares. A partir de los pri- meros trabajos de Zuckerkandl y Pauling [44], y de Margoliash [28], comparando secuen- cias de aminoavidos de hemoglobina y de citocromo c, Zuckerkandl y Pauling [45] propu- sieron que la velocidad de variacién de la secuencia de aminoacidos seria aproximada- mente constante para cada proteina a lo largo de su evoluci6n, la misma en cada rama fi- logenética divergente, aunque distinta para cada proteina. Esto abrio la puerta de la filo- genia molecular. A partir de entonces, durante los ultimos 30 afos, nuestro conocimiento de la filogenia ha progresado mucho con el desarrollo y la aplicacién de esta idea, estu- diando secuencias de proteinas y écidos nucleicos como marcadores moleculares de la evolucién. Véanse revisiones en [10, 31, 39 y 43]. Supongamos que una protejna tal como el citocromo c varia a velocidad constante me- diante cambios aleatorios en su secuencia de aminoacidos. En principio cualquier varia- Figura 1.—Serie de diferentes especies fdésiles del Gasterépodo Vivipara que han vivido en Hungria desde el Terciario (65 Ma) hasta la actualidad. La serie es una interesante demostracion paleontoldégica de la evolucién bioldgica, y ademas es un buen reloj paleontol6gico. Como su variacién ha sido continua, _ cada forma es caracteristica de un corto periodo de tiempo [15]. 67 ci6n que se produzca en su secuencia puede ser virtualmente compartida por todos los miembros de la poblacién, dado que hay libertad de intercambio de material genético en- tre todos ellos. En realidad una especie genéticamente definida debe ser homogénea para tales variaciones. La proposici6n anterior significa que las variaciones en la secuencia de una proteina se fijan en toda la poblacién a una velocidad constante. Supongamos ahora que algunos individuos quedan aislados genéticamente produciéndose una nueva rama evolutiva divergente; la proteina continuara variando a la misma velocidad en cada grupo, pero sus cambios (aleatorios) en cada comunidad genéticamente aislada seran diferentes, de forma que cuanto mas distante en el tiempo haya sido la divergencia es de esperar que haya mas diferencias entre ellos. Este principio es la base de la filogenia molecular. La fi- gura 2 muestra un ejemplo de estos resultados: el primer Arbol filogenético molecular que se construy6, basado enla secuencia del citocromo c. El principal problema de estos métodos es que la constancia de la velocidad es una pro- piedad que no siempre se cumple. Cuando ocurre esto—cuando la misma proteina cambia mas deprisa en una especie que en otra—puede haber un conflicto importante pues una especie, o el grupo que representa, podria quedar muy deslocalizado de su posicién filo- genética real. Sarich y Wilson [40] han propuesto el test de velocidad relativa para resolver estos problemas. Este método no requiere un conocimiento previo del tiempo de diver- gencia, sino el uso de una tercera especie, externa al grupo, como referencia. Unicamente se necesita saber que tal especie se separé de las dos estudiadas antes que ellas entre si. Esto se usa generalmente en | actualidad, y es muy util para algunos estudios. Por ejem- plo, se pueden estudiar las relaciones entre familias de mamiferos tomando un pajaro co- mo referencia. Obviamente la especie de referencia debe ser representativa de la velocidad media del reloj; no puede ser una especie de reloj rapido ni lento. E] problema cuando se investigan las relaciones entre grandes grupos es asegurarse que la especie (o mejor, varias especies) de referencia sea realmente externa al problema que se estudia. Esto es relativa- mente facil entre grupos préximos, pero cuando se analizan grupos potencialmente muy separados, la eleccién de la especie de referencia puede ser un problema importante. Supongamos que estamos estudiando con RNA las divergencias entre dos Mamiferos de familias distintas, y tomamos un pajaro como especie externa (pues sabemos bien por otros métodos que la rama que condujo a las Aves se separ6 de la que llevé a los Mamiferos antes de que las familias de Mamiferos se separasen entre si). Supongamos ahora que ve- 68 mos mas diferencias en la secuencia del RNA entre los dos Mamiferos que entre uno de ellos y el pajaro. Entonces, esta claro que la molécula ha cambiado mas deprisa en un Ma- mifero que en el otro, y se concluye que uno de ellos es una “especie de reloj rapido” o el otro una “especie de reloj lento”. Esto es normal y ocurre con cierta frecuencia; el funda- mento tedrico de este efecto y la forma de corregirlo se explican mas abajo. Supongamos ahora que estudiasemos las relaciones entre un murciélago y ciertas aves (con la hipdtesis erronea de que el murciélago es una especie relacionada directamente con las Aves) y to- masemos un caballo como especie externa de referencia. Como el caballo y el murciélago (ambos Mamiferos) son parientes proximos, observariamos mas diferencias entre el mur- ciélago y cualquier ave que entre el murciélago y el caballo. Si persisti¢semos en la hipdte- sis equivocada de que el murciélago es pariente mas préximo de las aves que del caballo, entonces el murciélago seria calificado como una especie de reloj rapido. hombre, chimpancé mono verde 1 pollo, pavo W) caballo pingiiino— (3) i pato on (4))—-cerdo, vaca 2.5 ee ballena paloma ~1.5 2.5 >- conejo 5) 4‘ canguro tortuga~ 5 2.5 ana Candida (9) 5 ead: 17 levadura Bombix Z 3 atan 11 Neurospora G7 ll polilla (13) (10) -F lamprea 23 Rhodospirillum D hila ' rosophi 6.5 16) trigo (11) MS = i Figura 2.—Arbol filogenético basado en el citocromo c. Las distancias filogenéticas ex- presdas en cada rama se han calculado por las diferencias de aminoacidos entre cada dos especies, como se muestra en la tabla I. Los circulos numerados indican los puntos de ra- diaci6n evolutiva [10]. 69 Esto ha ocurrido con varios estudios que se han hecho sobre la filogenia de los Ar- tropodos: Boore et al. [6], tratando de investigar si los Artrépodos eran un grupo homogé- neo, tomaron dos Nematodos como puntos de referencia, suponiendo que su divergencia de la linea de los Artrépodos (lo que es admitir a priori que los artrépodos constituyen una linea) debi6 ocurrir mucho antes que la de los artrépodos entre si. Dos anos mas tarde, e! grupo de Lake [2] usando Equinodermos y Cnidarios como puntos de referencia llegaron a la conclusién opuesta: los Nematodos estarian realmente dentro del grupo de los Artré- podos (jsi esto fuese cierto, Boore et al. habrian tomado como especies externas de referen- cia unas que pertenecerian al mismo grupo! sin embargo, ninguno de los dos grupos de investigadores interpret6 correctamente sus resultados).* Este principio es la base para determinar la velocidad evolutiva de una proteina o de un acido nucleico. La tabla I muestra las diferencias en las secuencias de aminoacidos del ci- tocromo c entre 20 especies de varias lineas filogenéticas (16 animales, una planta y tres hongos). El arbol filogenético de la figura 2 se ha construido con estos datos. Ademas los mismos datos se pueden usar para determinar la velocidad evolutiva de la proteina, como se muestra en la figura 3. Cada punto de la grafica se determina por la diferencia de ami- noacidos entre dos especies y el tiempo transcurrido desde la divergencia entre sus dos lineas. Se supone que ese tiempo se conoce previamente por el registro fésil, o eventual- mente por cualquier otra fuente. La tabla II muestra las velocidades evolutivas de varias proteinas determinadas con este método [10, 31, 43]. Ahora, una vez conocida la velocidad de evolucién de una proteina, la curva puede usarse para determinar la edad de la diver- gencia entre otros grupos. Ademas, como puede verse, unas proteinas evolucionan mas deprisa que otras, lo que es de esperar, de acuerdo con el razonamiento expuesto arriba. Asi podemos disponer de relojes diferentes para estudiar problemas mas amplios o mas concretos. Por ejemplo, una molécula rapida, como el péptido C de la Insulina que evolu- ciona muy deprisa sera apropiada para estudiar relaciones filogenéticas cercanas que se han producido en periodos cortos de tiempo, tales como familias de mamiferos, mientras que una proteina lenta, como el citocromo c, sera buena para estudiar relaciones lejanas, como la revision completa de todos los metazoos. * Este tratamiento poco riguroso de los datos ha llevado a estos autores [2] a proponer el “su- perphylum” Ecdisozoa que englobaria Artrépodos, Nematodos y otros grupos que tienen en comin el fenédmeno de la muda. En realidad este grupo no tiene ningan fundamento morfolé- gico ni molecular. 70 Tabia I Diferencias en la secuencia del citocromo c [33,34]. Como puede verse, cuanto mayor es la distancia filogenética entre dos especies mayor es el numero de aminoacidos dis- tintos. Este tipo de datos se usa para construir arboles filogenéticos como el de la figura 1, y para calcular velocidades evolutivas (ver la figura. 3 y la tabla II). @ co 8 @ ” 3 2 a =e B <~ ©@® 2 S a o &@ @ = S of o en o a i a i — Qa ov a 8 & a es ee ee tt - 5 CO DBD DBD 5 8 6S 2 2 ESS EPE Z2P2RP26227R8 FS SEQSE SES = wo — wo BE ht Avo en SS se aveck S's 8 8a Ee 2 6 S Candida | 51 50} 50 50} 50 levadura | 45 | 45 | 45] 45, Neurospora | 48| 47| 46| 46| 46| 46| 46| 46| Trige 8.6818 | 44| 4a! Mariposa de seda 2) | 26 | | 24 | Tortuga | 151 14| 11| 10| 9| 9 ocimedees Serpiente cascabel mm | 20| 21| 19] 18] 21| 19| 20| 17] pato de Pekin| 11| 10| 10| 9| 8| 8| 7| 6| 10| 3| 3| o| pingilino | 13] 12| 12| 11| 10] 10| 9] 8| 10| 21 pollo, pato 43,12} 414 10 caballo mono Rhesus hombre La principal hipdétesis en la que estan basados estos métodos es que las macromoléculas evolucionan a velocidad constante. Sin embargo esto tiene varios problemas, como lo de- muestra este ejemplo: la separacién de las lineas evolutivas que condujeron a las aves y a los mamiferos ocurri6 en el Pérmico, hace unos 275 millones de afios (Ma), mientras que la separacion entre las diferentes lineas de insectos ocurrié después, en el Tridsico (hace unos 225 Ma). Como la divergencia entre los vertebrados ocurrié antes que la divergencia entre los Insectos, es de esperar que las diferencias de la secuencia de aminoacidos entre dos érdenes de Insectos, como Lepidépteros y Dipteros fuese menor que las que pueda haber entre dos Vertebrados distantes, tales como Aves y Mamiferos, pero esto no es asi siempre: 71 La velocidac media estimada de variacién de secuencia en el citocromo c es de un ami- noacido de cada 100 cambiado cada 20,16 millones de afios (véase la figura 3 y la tabla I). El citocromo c tiene 104 aminoacidos, lo que hace que su velocidad evolutiva global sea: aa que cambian _ ( 04/ haa a < laa tiempo - 20,16My 19,38Ma Vevolucion — es decir, un aminoacido cambia en el total de la molécula de proteina cada 19,38 Ma en cualquier rama filogenética. Como los érdenes de insectos se separaron hace 225 Ma es de esperar que la diferencia entre el citocromo c de una mosca y de una mariposa sea de 1 evolucion * LeMmpo = Dh MPa 225 Ma = 11,61 aminodcidos aa que cabian = v 19,38Ma por la misma razon, entre un pajaro y un mamifero debia haber 275/19,38 = 14,19 aminoa- cidos diferentes. Sin embargo, los datos experimentales no concuerdan con las prediccio- nes de la teoria: hay 14 aminoacidos diferentes entre la mosca del vinagre (Drosophila) y la mariposa de la seda (Bombix)—ciertamente mas de 11,61; hay 8 aminoacidos diferentes Tabla I Las distintas proteinas evolucionan a velocidades diferentes. Estos datos se han determinado a partir de las pendientes de curvas como la de la figura 3. El perio- do evolutivo es el tiempo en millones de afos (Ma) requerido para producir una diferencia de un 1% en la secuencia de aminoacidos. Las proteinas lentas como las histona s tienen periodos evolutivos muy largos. Por el contrario, los fibrino- péptidos evolucionan muy deprisa. El citocromo c es una proteina de velocidad media, y asi Util para estudios filogenéticos amplios (véase la figura 2) [1, 31, 43]. Proteina Periodo evolutivo (Ma) Histona H4 400 Histona H3 300 Histona H2B 60 Colageno a-1 36 Citocromo c 20 Lactato desidrogenasa (B) 19 Insulina (paptidos A and B) 14 Mioglobina 6 Anhidrase carbénica B 4 AlbGmina de suero 3 Insulina (péptido C) 1.9 Fibrinopéptido A 7, Fibrinopéptido B 13 73 Aminoacidos cambiados por 100 residuos 0 200 400 600 Tiempo (Ma) desde la divergencia Figura 3.—Velocidad de evolucién de una proteina (citocromo c).— Cada punto corresponde a la comparacion entre dos especies: diferencias en la secuencia de aminoacidos frente al tiempo de divergencia. En general puede admitirse que hay una relacion lineal entre estas dos variables, aunque hay puntos que se desvian notablemente (véase el texto). La pendiente de esta recta es 0,0496, que significa el tanto por ciento de aminoacidos de la proteina que han cambiado cada millon de anos. El valor inverso es el periodo evolutivo (20.16 Ma para que se produzca un 1% de cambio). Los datos de diferencias de aminoacidos se han tomado de la tabla I, y los datos de tiempo se han tomado del registro fosil, para las siguientes divergencias: 1, vertebrados/insectos; 2, anfibios/peces; 3, 4 y 5, mamiferos/reptiles-aves: 6, reptiles/aves; 7, insectos entre si; 8, mamiferos entre si. Los puntos que estan por encima de la linea recta estan promovidos por especies de reloj rapido, y los que estan por debajo de la linea, por especies de reloj lento. El punto 5 es el reloj lento comentado en el texto. Datos moleculares tomados de [1, 10, 31] y mas puntos de la tabla I, y los datos de tiempo de [29]. Las velocidades de evoluci6n de proteinas de la tabla II se han determinado con graficas como ésta. entre el perro y el pato de Pekin, y 10 entre el perro y el pingiiino o el pato (bastante menos de los 14,9 que le corresponderian). El reloj del citocromo c ha ido mas deprisa de lo normal en los insectos y mas despacio en los vertebrados. Este caso demuestra pues, que la misma proteina puede actuar eventualmente como un reloj rapido o lento en distintas lineas evolutivas. Sin embargo, muchas proteinas exhiben una velocidad constante de evolucién que se puede determinar estadisticamente. Estos estudios deben tener muchos datos a fin de que sean estadisticamente significativos. En la figura 3, los puntos 3, 4 y 5 describen el mismo efecto: la divergencia entre las dos ramas de vertebrados que condujeron a mamiferos y reptiles, respectivamente. Cada punto representa un caso particular de diferencia entre dos especies. 73 No siempre es facil saber si una especie es un reloj rapido o lento. El problema es que la especie de referencia debe ser establecida previamente como externa a los grupos (separa- da de ellos antes de su diversificacién), es decir, que su posicion filogenética debe ser aceptada a priori. Cuando esto no se conoce con certeza, antes de afirmar que una especie es un reloj rapido o lento se debe analizar una muestra muy amplia de muchas especies. Este criterio, sin embargo, no se ha aplicado con rigor. Por ejempo, Field et al. [11] analiza- ron cuatro artrépodos (un insecto, un miriapodo, un crustaceo y un quelicerado). Sus re- sultados cCemostraron un parentesco entre ellos mucho mas lejano de lo que cabria esperar si los artrépodos ruesen un grupo filogenéticamente homogéneo. Entonces decidieron que tres ae ellos eran especies de reloj rapido y los descartaron del estudio. Por motivos simi- lares, el grupo de Lake [2] descarta tres Nematodos de cuatro analizados, etc. La velocidad de variacién de una macromolécula depende de dos variables: la probabi- lidad de que ocurra cada variacion, y las posibilidades de sea aceptada. Consideremos la primera: lo cierto es que no todos los cambios pueden ocurrir con la misma probabilidad. Por razones de mecanismos quimicos, ciertos cambios ocurren con mayor facilidad. Este problema ha sido estudiado profundamente para el caso de la sustituci6n de nucleotidos en los acidos nucleicos. El primer método que se us6, denominado modelo de un pardmetro, fue propuesto por Jukes y Cantor [20]: se supone que todas las variaciones ocurren al azar entre los cuatro nucleotidos con la misma probabilidad, de manera que cualquier sustitu- cién tiene la misma probabilidad de ocurrir. Esta suposici6n no es realista, ya que los cam- bios que sélo implican purinas o pirimidinas entre si, esto es, las transiciones (cambios A <> G o C pur, pyr <> pyr) y transversiones (pur <> pyr). Desde su formulacién, esta correccién se considera absolutamente necesaria en los estudios de filogenia molecular [19, 25]. Este problema es mucho mas complicado cuando se estudian secuencias de proteinas, ya que ahi no hay solo dos velocidades diferentes, sino practicamente 19! (factorial de 19). En efecto, suponiendo que cualquier cambio de un aminoacido por otro pueda ser acepta- 74 do (lo que es otro problema diferente, discutido arriba), cada uno de esos cambios tiene una probabilidad diferente: unos pueden ocurrir cambiando sélo una base, otros necesitan que cambien dos bases, y otros necesitan que cambie todo el triplete. Algunas de estas sustituciones de bases pueden ocurrir con mayor facilidad que otras, como acabamos de ver. Un cambio de un aminoacido por otro que tiene que ocurrir en tres pasos consecuti- vos transcurre a través de posiciones intermedias cuya aceptacién puede ser muy diferente de la que pueda tener la situaci6n final. De forma que cuando observamos las modifica- ciones que se han producido en una proteina a lo largo del tiempo, estamos viendo real- mente una sombra borrosa de la variacion real que ha ocurrido en su gen. En general, la variacion de un acido nucleico es mas rapida y mas estable que la de una proteina, y asi también es estadisticamente mas significativa. Esto, unido a que hoy dia el andlisis de se- cuencias de acidos nucleicos es mas facil que el de proteinas, ha hecho que aquéllos hayan reemplazado a éstas en el campo de la filogenia molecular. Hay proteinas que evolucionan mas deprisa que otras, como muestran los datos de la tabla IL Entre los acidos nucleicos hay también diferencias importantes. Por ejemplo, El DNA mitocondrial y el RNA ribosémico, dos tipos de acidos nucleicos muy usados para estos estudios, son herramientas muy diferentes (véase la figura 4). E1 DNA mitocondrial es una molécula que evoluciona muy deprisa, y asi es util para estudiar relaciones entre especies que se han separado recientemente, no hace mas de 15 Ma (por ejemplo. los hu- 10 Porcentaje de diferencia 8 Porcentaje de diferencia 0 0 0 100 200 30 400 S00 600 700 0 20 40 60 80 Tiempo de divergencia (Ma) Tiempo de divergencia (Ma) Figura 4—Velocidades de evolucién de dos Aacidos nucleicos. El rRNA evoluciona lentamente (tiene un periodo evolutivo de 18 Ma para que se produzca una diferencia de un 1% en la secuen- cia) y muestra una variacién muy regular con el tiempo. El DNA mitocondrial evoluciona muy de- prisa y ademas su velocidad cambia rapidamente. 75 manos y los monos). Esta rapidez—del orden de un 25% de divergencia entre especies se- paradas desde hace sélo 15 Ma—se debe probablemente a la carencia del sistema de repa- racion del DNA en la mitochondria [39]. Por el contrario, el RNA ribosémico (por ejemplo, el rRNA 18S, 0 su gen llamado “rDNA 18S”) cambia mucho mas lentamente: hay sdlo un 33% de diferencia entre especies separadas desde hace 600 Ma. El rRNA es una buena he- rramienta para estudiar relaciones filogenéticas amplias, y en efecto, se ha usado para re- visar las relaciones entre metazoos (artr6podos, moluscos, poliquetos, etc) y bacterias. Va- rios trabajos basados en rRNA 18S estan comentados mas abajo. {TIENE UNA BASE TEORICA LA TESIS DE KIMURA? La figura 3 muestra que se puede admitir en principio que el citocromo c evoluciona a ve- locidad constante—aunque también hay desviaciones notables de esa regla—. En la tabla II hay mas ejemplos. ;Por qué muchas proteinas evolucionan a velocidad constante, y por qué hay diferencias de velocidad entre unas y otras? En general se acepta que la probabili- dad de mutacion es esencialmente la misma para cada sitio en la secuencia de una protei- na y que las diferencias de velocidad de evolucién se deben a diferencias en la probabili- dad de que las mutaciones se fijen [43-47]. Este hecho esta basado en el concepto de res- tricciones funcionales: cualquier proteina tiene partes altamente comprometidas con su funcion donde los cambios son dificilmente aceptados, y otras cuyo papel no es tan crucial y donde hay mas holgura para aceptar mutaciones. La proporcion entre los sitios no fun- cionales y funcionales condicionara la proporci6n de mutaciones que pueden fijarse, de- terminando la velocidad de evolucién. Uno de los casos que mejor ilustran este efecto es la insulina, una proteina hormonal. La insulina se sintetiza en forma de una molécula mas grande, denominada proinsulina. Durante la maduraci6n la proinsulina se rompe en tres trozos, denominados respectivamente péptidos A, B y C. El péptido C es necesario para que el proceso de maduraci6én se haga correctamente, pero la hormona funcional esta for- mada sélo por los péptidos A y B. Como puede verse en la tabla I, la velocidad de evolu- cién de los péptidos A y B de ia insulina es lenta (1% de cambio cada 14 Ma), mientras que la del péptido C es muy rapida (1% de cambio cada 1,9 Ma). La teoria neutralista de la evolucién molecular propuesta por el genetista de poblacio- nes Motoo Kimura en 1974, y revisada por él mismo en profundidad en 1983 [22] pretende dar una explicacién a la velocidad constante de variacién de las secuencias de proteinas. Esta teoria afirma la mayor parte de los cambios producidos a nivel molecular (secuencias 76 de aminodacidos en proteinas, o de bases en acidos nucleicos) son neutrales, es decir, que son cambios que no tienen valor selectivo. Sin embargo Kimura no ha dado realmente una Baplicacion tedrica a su tesis; se limita a presentar una colecci6n de datos empiricos y a sacar ciertas conclusiones de ellos, sin un razonamiento tedrico convincente que la apoye. Hemos visto que existen desviaciones importantes de la velocidad constante de cada proteina. ;A qué se debe este efecto? Seguin Goodman [12, 13] es muy probable que la ve- locidad de variaci6én se acelere después de la duplicaci6n de un gen (mecanismo basico para crear proteinas nuevas), ya que eso promoveria nuevas adaptaciones que podrian desencadenar una radiaci6n adaptativa. Un buen ejemplo de este efecto se ha observado con las extremadamente altas velocidades de substitucién de aminoacidos que siguieron a la duplicaci6n de los genes en la separacién de las hemoglobinas a y £. [9]. En nuestro grupo hemos estado trabajando durante los ultimos 15 anos en la optimiza- cién del metabolismo y en la filogenia basada en datos bioquimicos, y los resultados obte- nidos nos dan una base teérica para comprender mejor este hecho. Hemos demostrado que varios aspectos del metabolismo han estado sometidos a un proceso de optimizaci6n. Esto incluye disenos de rutas metabdlicas, tales como el ciclo de las pentosas-fosfato [32- 34], el ciclo de Calvin [32] y la glicolisis [18, 35]. Sin embargo, no todo el metabolismo tiene un diseno optimizable. Por egemplo el diseno del ciclo de Krebs es un problema de solu- ci6n tnica que no puede optimizarse porque no hay otras posibilidades [36]. Los meca- nismos de optimizacién han operado también en la estructura molecular. Nosotros lo he- mos demostrado para la estructura de la molécula de glucégeno [30, 37] y también hemos descrito un caso de metabolismo no optimizado—paleometabolismo—en la ostra (Ostrea edulis), una paleoespecie viva documentada en el registro fésil desde el Triasico (hace 280 Ma) [38]. La optimizaci6n de la molécula de glucégeno demuestra que la estructura de otras macromoléculas mucho mas complejas, mas decisivas para la vida y con mas posibi- lidades de cambio, tienen que ser también optimizables. Es l6gico suponer que la optimi- zacion de una macromolécula mucho mas complicada como una enzima sea mucho mas costosa y que pueda modificarse para adaptarse a condiciones ambientales diferentes, lo que puede implicar procesos de reoptimizaci6n cuando el grupo se diversifica ocupando nuevos ambientes. Los trabajos del grupo de Heinrich [16, 17] sobre la optimizaci6n enzi- matica apoyan esta idea. 77 Supongamos que una proteina esta optimizada. Supongamos para simplificar que esa proteina esta dividida en dos partes diferenciadas que llamaremos zona funcional y zona no funcional, respectivamente. Podemos admitir que la selecci6n natural no permite ningan cambio en la zona funcional—pues ésta degeneraria—, pero los permite todos en la no funcional. Como la probabilidad de que ocurra una mutacion es la misma en cualquier si- tio, los cambios ocurriran permanentemente en la zona no funcional. Esto determina una velocidad constante de variacién que sera mayor o menor segtin la proporcién de estas dos zonas en el total de la proteina. Esto es igualmente aplicable a acidos nucleicos. Admitamos que la evolucién de una proteina es un proceso de optimizacion de su es- tructura, de acuerdo con nuestros resultados comentados arriba, y veamos como puede transcurrir este proceso. Al principio de su historia, cuando la proteina esta lejos de su es- tructura optima, la probabilidad de que un cambio al azar pueda mejorarla es grande, de manera que podran ser aceptadas muchas mutaciones, y asi su velocidad de variaci6n sera muy alta. Esa velocidad ira decreciendo a medida que la proteina se aproxima a su es- tructura 6ptima a base de acumular mutaciones favorables, de forma que cuando al fin se alcance la estructura 6ptima, sdlo los cambios neutros (que no modifican su funci6n) seran aceptados. La proporcién de cambios neutros aceptables sera especifica de cada proteina, segun sea el porcentaje de aminoacidos estrechamente comprometidos con su funci6n, lo que determinara que cada proteina, una vez alcanzada su estructura 6ptima, tenga una velocidad constante especifica de variacion. Llamemos a a la zona funcional de la proteina, y 5 a la zona no funcional. La velocidad total de variacién de la proteina Ur, sera la suma de las velocidades de las dos partes: Ur = Ua + Up En la figura 5 se representa la variacion de la velocidad total a lo largo del tiempo durante la optimizacion de la proteina. Puede verse que la propiedad del neutralismo se cumple unicamente cuando la proteina esta muy optimizada y la parte funcional ya no evoluciona. Este razonamiento demuestra que la teoria neutralista de la evoluci6n molecular de Kimura no es consistente, ya que carece de soporte tedrico y, en cuanto a su cumplimiento empirico, describe un fendmeno que sdlo ocurre cuando la proteina esta optimizada. Una idea parecida ha sido propuesta por Zuckerkand] [48]; segin este autor, la velocidad constante de variacion de una proteina se debe a que su estructura fluctia en torno a un estado subéptimo con respecto a propiedades generales, tales como solubilidad y carga; 78 entonces, como todas las propiedades no pueden optimizarse simultaneamente, hay una competencia continua para optimizar cada propiedad. El resultado acaba en una serie ili- mitada de cambios, incluso sin que varie el ambiente: estas variaciones se pueden conside- rar como un ruido evolutivo, aunque basado en un principio de selecci6n. No puede decirse, como afirma Kimura, que la mayor parte de los cambios que se pro- ducen a nivel molecular son neutrales. Cuando la proteina esta optimizada, los cambios neutrales son en realidad los Gnicos que se producen, pero durante el proceso de optimi- zacion, el porcentaje de cambios neutrales y selectivos depende de dos variables: del por- centaje de aminoacidos estrechamente comprometidos con la funcién, y de lo cerca que estemos de la estructura 6ptima. Hay, sin embargo, algo de cierto en la tesis de Kimura: Es mucho mas facil que los cam- bios neutrales se produzcan a nivel molecular que a nivel macroscépico, ya que un cambio molecular neutro no trasciende y pasa absolutamente inadvertido, mientras que cualquier 100 75 50 Velocidad 25 0 5 10 15 20 25 tiempo Figura 5. Efecto de la optimizacién de una proteina sobre su velocidad de evolucién. La velocidad de evolucion de una proteina (A) es la suma de la velocidad de evolucién de la parte funcional (0) y la no funcional (3). Al principio, cuando la proteina esta poco optimizada, su parte funcional evoluciona muy deprisa, y esta velocidad va disminuyendo hasta llegar a ser nula cuando se alcanza la estructura Optima. Por el contrario, la velocidad en la zona no funcional es independiente del grado de optimizacion de la proteina, por lo que es siempre constante. 79 cambio morfolégico, por inocuo que pueda parecer en un principio, es facil que acabe te- niendo un significado. Un cambio de color, unos lunares en una posici6n determinada, etc, son rasgos que pueden adquirir facilmente un valor selectivo. Hasta ahora nadie parece haber demostrado que exista una diferencia morfolégica sin valor selectivo. Pero que los cambios neutrales puedan ocurrir con mas facilidad a nivel molecular, no significa que sean los que predominan o hayan predominado siempre a ese nivel. La tesis de Kimura podria formularse mas ajustadamente diciendo simplemente que cuando una proteina esta optimizada, como no puede mejorarse, los inicos cambios que se aceptan son los que no estropean su funci6n; pero eso es tan obvio que se explica sdlo, sin teoria. CAMBIOS EN LA VELOCIDAD DE EVOLUCION Podria pensarse que tras una larga historia evolutiva todas las proteinas deberian estar ya optimizadas, y asi todas estarian variando a velocidad constante—como acabamos de ver, la filogenia molecular esta basada en esta hipdtesis—. Es cierto que lo légico es esperar que esa hipdtesis se cumpla actualmente en muchos casos después de una larga evoluci6n, pe- ro suponer que se ha estado cumpliendo desde hace muchos millones de afios puede pro- ducir un error grave a la hora de deducir relaciones filogéneticas. Hay varios problemas: las condiciones de optimizacién pueden haber sido muy diferentes en los distintos grupos, y ademas pueden haber cambiado a lo largo del tiempo. Cada molécula tendra también una diferente sensibilidad a cambiar su velocidad de variaci6n; algunos cambios ambien- tales pueden promover una estructura 6ptima muy diferente, condicionando que su velo- cidad de variaci6n »ueda can.' iar durante un periodo discreto de tiempo; después podria recuperarse su velocidad inicial, o podria cambiar el tamafio de la zona funcional, lo que llevaria a cambiar su velocidad permanentemente. El resultado es en cualquier caso el mismo: la velocidad de evoluci6n puede cambiar por diversos motivos. Por ejemplo, la hemoglobina y el citocromo c tienen que ser proteinas sensibles a cam- biar sus estructuras como consecuencia de cambios en la presién de oxigeno en el am- biente. Como la presi6n externa de oxigeno debe condicionar su concentracién dentro de la célula, un cambio de aquélla ha de modificar la afinidad quimica de la cadena respirato- ria, y el citocromo c debe ajustarse a esas nuevas condiciones. Es de esperar pues, que cuando se produce una amplia radiacién de un grupo—una expansi6én de especies para ocupar nuevos nichos con ambientes mas o menos aerébicos—la velocidad de evolucién 80 de las proteinas relacionadas con el transporte y el metabolismo del oxigeno pueda tener incrementos dramaticos como consecuencia de un proceso de reoptimizacién. Este feno- meno sera diferente en especies distintas de la misma familia, 0 en familias distintas deri- vadas del mismo grupo. El mismo concepto puede aplicarse a otras proteinas relacionadas con otras variables ambientales. La elecci6n de la molécula con la que se va a hacer el es- tudio no es trivial, hay muchas variables diferentes que deben considerarse en cada caso. Pero ;qué pueden significar los relojes rapidos en el RNA ribosémico? Es facil com- prender que se dé el efecto de reloj rapido en proteinas tales como la hemoglobina o el ci- tocromo c, donde acabamos de ver que existe una relaci6n obvia entre su estructura 6pti- ma y las condiciones ambientales. Sin embargo, no es facil comprender que ocurra este efecto con el rRNA 18S, donde no existe esta relacion. En realidad, el RNA ribosémico no es unicamente una molécula lenta, sino que su velocidad de variaci6n es muy estable. MAS PROBLEMAS Hay muchos mas problemas. A continuaci6én senalaremos algunos de los mas importantes. El efecto del tiempo de generaci6n.—En ciertas moléculas se han descrito velocidades de- variaci6n mas altas en monos que en humanos, y también velocidades mas altas en roedo- res que en primates. Estas diferencias de velocidad se explican por el efecto, propuesto por Kohne (1970) [23], del tiempo de generacion (tiempo medio en la especie que transcurre des- de que un indiviuo nace hasta que se reproduce): el tiempo de generacién en roedores es mucho mas corto que en primates, y entre éstos, el tiempo de generacién de la especie humana es mas largo que el de otros, de forma que el numero de replicaciones del DNA por ano podria ser mucho mas alto en roedores que en el hombre (cf. Li & Graur [25]). En los artrépodos hay especies de baja velocidad de generacién en todos los grupos princi- pales (quelicerados, insectos, miriapodos y crustaceos), y muchas veces no se conoce con exactitud esta velocidad, de manera que este problema sdlo puede ser resuelto analizando muchas muestras distintas. Otra vez vemos que la mejor forma de resolver los problemas de la estadistica es con mas estadistica; formalmente hablando, la estadistica debe usarse con rigor: el tamanio de la muestra debe ser grande, y especialmente cuando los resultados parecen incoherentes. El tiempo que tarda en fijarse una mutaci6n.— Este es un problema complejo. Para com- prenderlo consideremos la diferencia entre selecci6én natural y selecci6n artificial. A dife- 81 rencia de la primera, en la seleccién artificial hay un plan preconcebido y ejecutado perso- nalmente por el cuidador, el cual selecciona los progenitores de cada generacién a fin de acentuar un caracter buscado, o eliminar otro indeseable. El hecho de seleccionar drasti- camente los progenitores determina que todos los descendientes tendran ese caracter, y asi elimina el largo periodo de fijacién de la mutaci6n en la poblacién. Por eso la seleccién artificial es mucho mas rapida que la selecci6n natural, y usualmente se consigue el objeti- vo buscado en unas pocas generaciones. En la seleccion natural el tiempo de fijacion de un gen depende de la magnitud de la poblacién. En una especie distribuida por todo un con- tinente, con libertad de intercambio genético en todo el territorio, una mutacién puede tardar muchos miles o millones de afios en fijarse, mientras que en una poblacién peque- fia, aislada geograficamente, el tiempo de fijacion puede ser muy corto. Las especies evo- lucionan mucho mas deprisa en una isla que en el continente. Una proteina optimizada con una a no funcional grande, donde se aceptan muchas mutaciones sin dificultad, en una poblacién muy amplia, producira inevitablemente una dispersién neutra (polimor- fismo neutral) muy grande; ciertos individuos tendran unos aminodcidos cambiados dis- tintos de los que tengan otros sin que haya diferencias funcionales entre ellos; véase un ejemplo en los puntos de 80 Ma en la evolucién del DNA mitocondrial (fig. 4,). Esto origi- na una proteina con mucha variacion individual, donde se aceptan mutaciones a una velo- Figura 6. Nuevas Ideas sobre la forma del Arbol filogenatico. A, Forma clasica del arbol como puede verse en muchos libros de texto, con la forma tipica de un cono de diversidad creciente. B, Forma prouesta por Gould [14]: un arbol ‘horizontal’ que parece mas bien un arbusto después de una poda selectiva, con la mayor diversifi- cacion al principio, y una posterior eliminacién de muchas ramas. Esta idea esta fuertemente soportada por las dos grandes explosiones de biodiversidad (el Precam- brico de Ediacara, y el Cambrico medio de Burgess Shale). La linea discontinua rep- resenta la epoca de Burgess Shale, con la mas alta diversidad conocida. 82 cidad mayor que a la que se fijan, originando mucha dispersion de puntos en las graficas. La forma del arbol filogenético.—Hay otro problema importante que no se ha mencionado antes en la literatura en relaci6n con la filogenia molecular: la estructura real del arbol filo- genético es critica para evaluar las posibilidades de los métodos de secuencias. E] arbol filogenético que se suele ver en los libros tiene la forma tipica vertical de complejidad cre- ciente mostrado en la figura 6A. En su lugar, Gould [14] ha propuesto una forma horizontal que se asemeja mas a tn arbusto podado que a un 4rbol (Figura 6B): una gran diversidad al principio, la posterior eliminacién de muchos grupos, y la pervivencia de unas pocas ramas que se siguen diversificando mas lentamente. Esta idea esta apoyada por las dos grandes radiaciones documentadas en el registro fdsil: la del Precambrico de Ediacara (580 Ma) y la del Cambrico medio de Burgess Shale (530 Ma) [8] donde se ha encontrado mu- cha mas diversidad que la que se ve después. En la fauna fésil de Burgess Shale hay 20 6 30 grupos diferentes de Artrépodos sin representantes actuales [14, 41]. La tesis de Gould es muy razonable y puede considerarse empiricamente demostrada. Ademas, nuestro razonamiento contribuye a darle un soporte teérico: la diversificacién es mucho mas facil al principio, cuando el material esta sin perfeccionar y su optimizacién puede seguir rumbos diferentes. La mayor diversificacién se produjo pues, en poco tiempo hace muchos millones de anos, y esto puede producir incertidumbre en el reloj en los pri- meros estados de la evolucién. Para un estudio filogenético amplio debe usarse una ma- cromolécula lenta, como el rRNA 18S. Pero esa molécula capaz de medir periodos largos de tiempo no puede tener suficiente precision para discriminar el gran numero de bifurca- ciones que ocurrieron muy proximas en el tiempo hace cerca de 600 millones de anos. Esto puede explicar bien la incertidumbre observada generalmente en trabajos que tratan de establecer relaciones filogenéticas lejanas basados en el analisis del RNA ribosémico. Una molécula como el citocromo c, sensible a los cambios ambientales, podria quiza haber in- crementado temporalmente su velocidad durante ese periodo manteniendo el registro de tales bifurcaciones lejanas. Quiza el citocromo c contenga esos datos dificiles de encontrar en el rRNA 18S, pero hoy dia las modernas técnicas para secuenciar acidos nucleicos han desplazado a las de secuenciar proteinas; lamentablemente parece que analizar secuencias de citocromo c esta hoy dia pasado de moda. Nuestro razonamiento sugiere que seria de- seable recuperar el andlisis de secuencias de citocromo c para terminar este trabajo. No deberia haber modas cuando se quiere resolver un problema cientifico importante. 83 REVISIONES RECIENTES DE LA FILOGENIA: ARTROPODOS Y ANELIDOS SON GRUPOS ARTIFICIALES Durante los casi 30 afios que se lleva estudiando la filogenia molecular, la mayoria de los trabajos publicados sobre los Metazoos tratan mas de detalles de distribucion entre 6rde- nes dentro de una clase o familias dentro de un orden, que de una visi6n global. En gene- ral, parece haber mas interés en aspectos muy particulares de la filogenia que en proble- mas mas amplios, quizaé porque muchos piensan que los problemas grandes ya estan re- sueltos. Es un problema que muchos autores consideren el arbol clasico como un punto fijo para ensayar la validez de nuevos métodos, en lugar de tratar de aplicar esos métodos para probar si el arbol clasico es correcto; muchos autores parecen dispuestos a aceptar sus propios resultados sdlo cuando no entran en conflicto con el esquema clasico, como si éste fuese un dogma. Sin embargo, son tantos los datos de filogenia molecular que demuestran que Artrépodos y Anélidos son grupos artificiales que no puede ignorarse la evidencia. La posible unidad o heterogeneidad de los artrépodos es quiza el problema mas im- portante planteado en la filogenia de los Metazoos. Los trabajos de Manton [26, 27] fueron posiblemente los primeros en sefialar una larga serie de caracteristicas diferenciales entre los distintos grupos de artrépodos y reclamar su falta de homogeneidad. Manton aporté muchos datos que a su juicio demostraban que los artrépodos son un grupo artificial sin consistencia filogenética; a esta idea se unieron Whittington y otros [41]. Puesto que los datos aportados por esos autores eran todos ellos morfolégicos, su valor como homologias es dificil de establecer. como her 9s visto mas arriba. La tesis de Manton ha sido muy criti- cada, y algunos autores han pretendido quitarle importancia a sus observaciones, pero sus trabajos nunca han dejado de citarse con mas datos a favor [4, 5, 42]. Varias revisiones re- cientes basadas en los caracteres morfolégicos [7, 42] vuelven a insistir en el mismo tema, y los datos de Filogenia Molecular y de Bioquimica le estan dado la raz6n, aunque muchas veces a los mismos autores de esos trabajos les parece muy fuerte lo que sus propios re- sultados estan diciendo e intentan buscarle otra explicacién: los resultados de Lake [24], Field et al. [11], Aguinaldo et al. [2] analizando secuencias de rRNA; y Boore et al. [6] estu- diando la estructura del genoma mitocondrial, confirman la tesis de Manton y las observa- ciones de otros autores [42]. Igualmente, los Anélidos son también un grupo artificial, pues no hay relaci6n filogenética directa entre Poliquetos y Oligoquetos. 84 Los tltimos resultados de nuestro grupo basados en homologias metabélicas confirman que Artrépodos y Anélidos son grupos artificiales sin relacion filogenética proxima: los Poliquetos son parientes proximos de los Quelicerados y Moluscos, mientras que los Oli- goquetos e Hirudineos lo son de los Insectos, Miriapodos y Crustaceos, siendo muy lejana la relacién filogenética entre ellos. Los Artré6podos son pues, un grupo polifilético, y las caracteristicas morfol6gicas que tienen en comin representan sin duda el caso mas sor- prendente de convergencia adaptativava que ha ocurrido en la evoluci6én de los Metazoos. Agradecimiento.(Este trabajo ha sido subvencionado por la Consejeria de Educacién, Cultura y Deportes del Gobierno de Canarias. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Acher,R., 1974, Biochimie, 56, 1-19. Tabla II 2. 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On the other hand, we obtained some data regarding considered "rare" species in it: Calidris alpina, Streptopelia turtur, Apus melba, and Riparia riparia, that suppose in some cases their presence i> islands not cited before in the ornithological literature of the Cape Verdes. Key words: migratory birds, Cape Verde Islands, W Africa, new records, phenology. RESUMEN En el presente trabajo se relacionan las observaciones de aves migratorias no nidificantes realizadas durante un reciente viaje al archipiélago de Cabo Verde (10-24 de septiembre de 1997). Del total de 20 especies detectadas, dos (Locustella luscinioides y Phylloscopus bonelli) son nuevas citas para el archipiélago. Por otra parte, se obtuvieron registros de especies catalogadas como "raras" en el mismo: Calidris alpina, Streptopelia turtur, Apus melba y Riparia riparia, aportandose al propio tiempo datos sobre la aparicion de algunas de ellas en islas o citadas previamente en !a bibliografia. Palabras clave: aves migratorias, islas de Cabo Verde, oeste de Africa, nuevas citas, fenologia. (*) Este trabajo forma parte del Preyecto TFMC "Macaronesia 2.000" 87 1. INTRODUCCION El archipiélago de Cabo Verde, situado a unos 500 km de las costas del Senegal (oeste de Africa) y a unos 1.300 km al sur de Canarias, es un conjunto de 10 islas y algunos islotes, que se dividen por lo general en dos grupos en funcidn de su ubicacién geografica, "islas de barlovento", situadas al norte: Santo Antao, Sao Vicente, Santa Luzia, Sao Nicolau, Sal y Boavista; e "islas de sotavento", las mas meridionales, que son Brava, Fogo, Santiago y Maio. La superficie total del archipiélago es de unos 4.033 km?. Con ocasion de un viaje eminentemente ornitol6gico y naturalistico efectuado a Cabo Verde entre los dias 10 y 24 de septiembre de 1997, tuvimos oportunidad de visitar tres de estas islas (Sal, Santiago y Fogo), realizando en ellas numerosas observaciones de aves, siendo el total de especies detectadas de 45, de las que 20 son migrantes que no crian en el archipiélago. Nuestra estancia coincidié con la migracién postnupcial (otofal), destacando el alto numero de limicolas presentes en enclaves concretos de la isla de Sal, tales como las salinas de Pedra de Lume, el tramo litoral comprendido entre Palmeira y Rabo de Junco (oeste) y la costa sureste entre Santa Maria y Ponta da Fragata, asi como la presencia de aves de alimentaciOn aérea -apddidos e hirundinidos- y de dos paseriformes pertenecientes a la familia de los silvidos, que constituyen sendas adiciones a la lista de los taxones orniticos registrados en este archipiélago macaronésico. La afinidad zoogeografica de las especies observadas es claramente paleartica, no habiéndose registrado ninguna especie afrotropical o neartica, lo que coincide en gran medida con los resultados obtenidos por investigadores anteriores (v. p. ej. HAZEVOET [11)). La atencion prestada a las aves migratorias por parte los diferentes ornit6logos que han visitado el archipiélago y/o publicado trabajos sobre el mismo ha sido muy dispar, destacando en este sentido las aportaciones de autores tales como KEULEMANS [16], SALVADORI [20], ALEXANDER [1], MURPHY [17], BANNERMAN & BANNERMAN [2], FRADE [4], N@RREVANG & HARTOG [19], HARTOG [5, 6], HAZEVOET [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13], BRUYN & KOEDIJK [3], NOESKE & PFUTZKE [18], HAZEVOET et al. [14] y SARGEANT [21]. En particular, BANNERMAN & BANNERMAN [2] y HAZEVOET [11] han demostrado que el fendmenro de la migracién de las aves en Cabo Verde es mas importante de lo que cabia deducir en funcidn de las escasas aportaciones publicadas hasta la primera mitad del presente siglo. Este trabajo constituye una nueva contribuciOn al estudio de la avifauna del archipiélago, tras la excelente obra recopilatoria de HAZEVOET [11]. 2. LISTA DE ESPECIES A continuacién se relacionan, siguiendo la ordenacién filogenética y nomenclatura propuestas por VOOUS [22], todas las especies de aves migratorias no nidificantes observadas en las islas de Cabo Verde durante nuestra estancia, incluyéndose en cada una un breve comentario sobre su estatus (fenologia, frecuencia de apariciOn, etc.) en el archipiélago, basado principalmente en la reciente puesta al dia de HAZEVOET [11]. Por otra parte, hemos creido oportuno -a fin de facilitar la consulta de la informaci6n obtenida- presentar los datos isla por isla, destacando en negrita el nombre de las tres visitadas por nosotros bajo cada especie tratada. 88 1. Ardea cinerea (Garza Real). Sal: Un ave fue observada en vuelo desde la costa proxima a Ponta da Fragata hacia las Ilanuras del interior de la isla, el dia 22 de septiembre. HAZEVOET [11] indica que hay pocas citas de esta especie para la isla de Sal, aunque su presencia es relativamente habitual en el conjunto del archipiélago. 2. Charadrius hiaticula (Chorlitejo Grande). Sal: Un total de 5 aves fueron observadas en las salinas de Pedra de Lume el dia 21 de septiembre. HAZEVOET [11] la considera "no rara" en Cabo Verde. 3. Pluvialis squatarola (Chorlito Gris). Sal: E] 21 de septiembre, 3 aves fueron vistas en las salinas de Pedra de Lume, y al dia siguiente, mientras caminaébamos desde Santa Maria a Ponta da Fragata, otros dos ejemplares estaban presentes en sitios diferentes, uno cerca de Ponta do Leme Velho y el segundo en una pequena playa arenosa situada en la base de los acantilados de Ponta da Fragata. El Chorlito Gris esta citado para todas las islas de Cabo Verde, siendo considerado en este archipiélago como "no raro" en calidad de invernante (HAZEVOET [11]). — 4. Calidris alba (Correlimos Tridactilo). Sal: Un total de 40 correlimos tridactilos fueron censados en las salinas de Pedra de Lume el 21 de septiembre, y al dia siguiente, observamos al menos 77 individuos en una gran playa de arena situada entre Santa Maria y la Ponta da Fragata, con una densidad de aprox. 25 aves/km. Resultados similares han sido obtenidos por otros ornitd6logos en las islas de Maio y Boavista (v. HAZEVOET [11]). Ciertamente, se trata de una especie que es mas comun en las tres islas orientales del archipiélago que en el resto del mismo (HAZEVOET [10, 11}). 5. Calidris ferruginea (Correlimos Zarapitin). Sal: El dia 21 de septiembre, un minimo de 72 aves estaban presentes en las salinas de Pedra de Lume, junto con otras especies de limicolas (p. ej. Calidris alba, Arenaria interpres y Charadrius alexandrinus). El Correlimos Zarapitin esta citado principalmente para las tres islas orientales y Santiago (v. HAZEVOET [10, 11]). 6. Calidris alpina (Correlimos Comun). Sal: Unos 14 individuos de esta especie fueron observados en las salinas de Pedra de Lume el 21 de septiembre, pero probablemente algunos de ellos eran en realidad C. ferruginea. HAZEVOET [11] lo considera un visitante raro de las islas de Cabo Verde. 89 7. Numenius phaeopus (Zarapito Trinador). Sal: El dia 20 de septiembre, se observaron 6 aves junto a otras limicolas en la costa situada entre Palmeira y Rabo de Junco. El 21 de septiembre, 3 exx. estaban presentes en la costa opuesta, en el area de Cagarral-Praia de Agua Doce, al norte de Pedra de Lume. Por Otra parte, a lo largo de un recorrido a pie desde Santa Maria a Ponta da Fragata, pudimos observar 6 ejemplares en sitios diferentes, el dfa 22 de septiembre. Algunos de ellos formaban un bando mixto con Arenaria interpres y Charadrius alexandrinus. Finalmente, el 23 de septiembre G. Garcia (com. pers.) pudo ver otro individuo en la costa oeste de la isla, al norte de Palmeira. Santiago: Sdlo poseemos la cita de un ave vista en el muelle de Praia y en el islote de Sta. Maria, el dia 11 de septiembre. Sin duda, se trata de una de las limfcolas més comunes y ampliamente distribuidas en las islas de Cabo Verde durante las épocas de paso e invernada (v. HAZEVOET [10, 11]). 8. Tringa totanus (Archibebe Comin). Sal: El dia 21 de septiembre pudimos ver 4 aves en las salinas de Pedra de Lume, las cuales estaban concentradas en el 4rea con mayor densidad de algas y vegetaciOn vascular de los margenes. Segin HAZEVOET [11], se trata de una espe-ie de paso e invernante rara en Cabo Verde, siendo justamente 4 el nimero maximo de individuos juntos registrados hasta la fecha (HAZEVOET [10, 11)). 9. Tringa nebularia (Archibebe Claro). Sal: El dia 10 de septiembre observamos un ave en ia costa de Pedra de Lume, y el 21 de septiembre un total de 12 ejemplares fueron vistos en las salinas de esta misma localidad. Santiago: Un ave fue observada en la zona de Praia Negra (Praia) aproximandose a unos estanques de aguas residuales, el dia 11 de septiembre. En Cabo Verde la presencia de esta especie no es rara durante las épocas de paso e invernada (HAZEVOET [10, 11)). 10. Actitis hypoleucos (Andarrios Chico). Sal: 4 aves fueron observadas en diferentes zonas rocosas de la costa oeste de la isla - justo al sur de Palmeira- el 20 de septiembre, mientras al dia siguiente sdlo una estaba presente en las salinas de Pedra de Lume. Santiago: El 11 de septiembre, 2 aves fueron vistas en Praia Negra (Praia), las cuales se posaron en los margenes de unos estanques de aguas residuales en los que la presencia de 90 limicolas resulta habitual (v. SARGEANT [21]). El 12 de septiembre, un Actitis hypoleucos fue oido en la laguna principal de Pedra Badejo, y el mismo dia, otro individuo se hallaba en la costa rocosa anexa al pequefo muelle de dicha localidad. Finalmente, el 13 de septiembre pudimos detectar otro mas en Tarrafal. Fogo: En esta isla slo lo pudimos observar en Mosteiros el dia 18 de septiembre (1 ejemplar). El Andarrios Chico es otra especie de limicola relativamente comun en Cabo Verde durante el paso y la invernada, siendo posible encontrarlo en diferentes tipos de habitats (v. HAZEVOET [11)). 11. Arenaria interpres (Vuelvepiedras). Sal: El dia 10 de septiembre observamos 7 aves en la costa de Pedra de Lume. Posteriormente, el dia 20 del mismo mes, fue posible avistar un grupo de unos 100 individuos en la costa oeste, al ir caminando desde Palmeira a Rabo de Junco. Al dia siguiente, un total de 30 aves estaban presentes en las salinas de Pedra de Lume. El 22 de septiembre, al menos 7 frecuentaban la playa arenosa de Santa Maria, y a lo largo de la costa sureste (entre Ponta do Leme Velho y Ponta da Fragata) pudimos contar un minimo de 40 ejemplares, concentrados de forma mayoritaria junto a otras especies de limicolas (Numenius phaeopus, Calidris alba, Charadrius alexandrinus) en las dunas de la zona. Santiago: El dia 12 de septiembre, un grupo de 6 ejemplares fue observado en la costa rocosa de Pedra Badejo. Segun HAZEVOET [10, 11], esta limicola es comun como ave de paso e invernante en todas las islas e islotes, ocupando diferentes habitats costeros (playas arenosas, bajios rocosos, saladares, etc.) y salinas. 12. Larus sp. (Gaviota). Santiago: Un ejemplar de ler. afo de una gaviota no identificada fue observado en la costa de Praia el dia 11 de septiembre. Pertenecia al complejo de especies argentatus/cachinnans/fuscus que, como es sabido, presenta plumajes juveniles muy dificiles de diferenciar entre si. HAZEVOET [11] registra citas de Larus sp. en varias islas (aprox. 25 ejemplares en total), lo que prueba que muchas de las observaciones de este género realizadas en Cabo Verde no llegan al nivel especifico de identificacion. En cualquier caso, se sabe que tanto L. cachinnans como L. fuscus aparecen en el archipiélago (v. HAZEVOET [11]), por lo que nuestra observaci6n debe corresponder a una de estas dos especies. 13. Sterna sp. (Charran). Santiago: Un ejemplar de una especie de Sterna no identificada fue visto en vuelo el 12 de septiembre en la costa de Pedra Badejo. Debido al corto periodo de tiempo que duré 9] la observacion, fue imposible realizar una correcta identificacion del mismo, si bien es probable que se tratara de un juvenil de Sterna sandvicensis (Charran Patinegro). De todas formas, hay que indicar que no existen citas de la presencia de este charran en Cabo Verde durante el mes de septiembre (v. HAZEVOET [11]), €poca aun temprana para su apariciOn en tales lat:tudes. : 14. Streptopelia turtur (Tortola Comin). Sal: 3 aves estaban presentes en Terra Boa el dia 23 de septiembre. Se alimentaban en el suelo, entre los cultivos de la zona. Santiago: Un ejemplar fue visto junto a la localidad de Cha da Igreja, cerca del margen costero de la laguna de Pedra Badejo, el dia 12 de septiembre. Estas observaciones son muy interesantes, puesto que hay tan solo 6 citas previas de Tortola Comun para las islas de Cabo Verde (HAZEVOET [11]). 15. Apus apus (Vencejo Comun). Santiago: Varias aves (al menos 2) fueron vistas en la parte superior de Cidade Velha -localidad conocida antiguamente como Ribeira Grande-, volando junto a tres A. alexandri (Vencejo de Cabo ‘erde) y un A. melba (Vencejo Real), el dia 14 de septiembre. HAZEVOET [11] indica que el Vencejo Comtn es un ave de paso e invernante rara en las islas, habiendo sido citada para la totalidad del archipiélago con la excepcion de Santa Luzia y Boavista. 16. Apus melba (Vencejo Real). Sal: El dia 10 de septiembre, 2 aves fueron vistas en vuelo rapido sobre el crater freatomagmatico de Pedra de Lur , y el 22 de septiembre, los mismos dos individuos -o quizas otros- se encontraban en la zona de Ponta da Fragata. Santiago: Un ejemplar fue observado en la parte superior de Cidade Velha el 14 de septiembre, en compania de otras dos especies del género Apus (v. cita anterior). Fogo: Un ave vista en vuelo rapido sobre la parte superior de S. Filipe -capital de la isla-, el 18 de septiembre. Este pequeno "influx" de Vencejos Reales indica claramente que la especie debe ser mas comin de lo que se pensaba en Cabo Verde durante la migraciOn postnupcial de los apddidos (julio-septiembre). Por otro lado, es importante sefalar que existe tan solo una cita previa publicada de la especie para este archipiélago, realizada en Mindelo (isla de Sao Vicente) el 29 julio de 1993 (HAZEVOET [11)). pd 17. Riparia riparia (Avion Zapador). Sal: El dia 10 de septiembre, 2 aves fueron vistas en vuelo sobre el crater de Pedra de Lume junto a un Hirundo rustica. Posteriormente, el 23 de septiembre, pudimos observar una mas en los cultivos de Terra Boa, de nuevo con Golondrinas Comunes. De Riparia riparia parecen existir tan slo 4 observaciones previas para Cabo Verde (HAZEVOET [11]; SARGEANT [21]), siendo las presentes citas las primeras para la isla de Sal. 18. Hirundo rustica (Golondrina Comin). Sal: Un ejemplar fue visto en vuelo junto a dos Riparia riparia sobre el crater de Pedra de Lume el 10 de septiembre. Con posterioridad, el 20 de septiembre, se observaron 2 aves en vuelo en la costa de Rabo de Junco. De nuevo, el 21 de septiembre un individuo estaba presente en las salinas de Pedra de Lume. El 22 de septiembre, un individuo volaba sobre las dunas de la costa este, al sur de Ponta da Fragata. Finalmente, el 23 de septiembre 2 aves fureon vistas junto a un Riparia riparia en Terra Boa. Los datos que aqui aportamos entran dentro del patron fenoldgico de esta especie en Cabo Verde, donde es frecuente pero siempre aparece en pequeno numero (HAZEVOET [11]). Cabe destacar que la presencia de aves de alimentaciOn aérea como los hirundinidos y los apddidos fue evidente en varias islas. 19. Locustella luscinivides (Buscarla Unicolor). Sal: Un ejemplar de esta buscarla fue visto el dia 23 de septiembre en una calle del nucleo de Santa Maria (extremo sur de la isla). La identificacidn se realiz6 sin ningun problema gracias a las cortas distancias de observacion y al caracter conspicuo de la especie. Ademas, para salir de dudas se consulté la guia de JONSSON [i5], que vino a confirmar nuestra primera impresiOn en el campo. Se trata de la primera cita de dicho silvido para el archipi€élago. 20. Phylloscopus bonelli (Mosquitero Papialbo). Sal: Un ejemplar del género Phylloscopus fue observado en las proximidades del Ilhéu de Rabo de Junco (costa oeste) en la tarde del dia 20 de septiembre, concretamente en un drea semidesértica en la que habia ejemplares dispersos de Calotropis procera, especie vegetal en la que dicha ave busco refugio. Después de varias aproximaciones en las que se obtuvo una buena visidn de este silvido, concluimos que pertenecia sin duda a la especie Phylloscopus bonelli (Mosquitero Papialbo), baséndonos para ello principalmente en su coloraciOn. Esta observaciOn constituye otra primera cita para las islas de Cabo Verde. 3. AGRADECIMIENTOS Debo agradecer en primer lugar el apoyo incondicional del Dr. Juan José Bacallado Aranega, director del Musec de Ciencias Naturales de Santa Cruz de Tenerife, asi como la compafia de Guillermo Garcia Diaz, quién soport6 con paciencia las muchas horas dedicadas a la observaci6n de aves en Cabo Verde. 93 Nuestros desplazamientos en dichas islas fueron facilitados por los Sres. Fernando Eduardo Lagos Costa (Instituto de Investig. Cientifica Tropical, Lisboa), Dr. José Maria Semedo (P.F.LE., Praia) y Fausto do Rosario (Deleg. do Ministério de Educagao en Fogo), quiénes en todo momento nos brindaron su colaboracion. El Dr. Cornelis J. Hazevoet (Institute of Systematics and Population Biology, University of Amsterdam) facilit6 diversas publicaciones sobre la avifauna de Cabo Verde e indic6 por carta algunas localidades-clave para realizar observaciones ornitologicas. Vaya a él también mi mas sincero agrade*imiento. Por ultimo, hay que agradecer la colaboracidn de CajaCanarias, con cuya aportacion economica hemos comenzado los trabajos de investigaci6n en el archipiélago de Cabo Verde. 4. BIBLIOGRAFIA [1] ALEXANDER, B. (1898): An Ornithological Expedition to the Cape Verde Islands. Ibis 4 (1): 74-118. [2] BANNERMAN, D.A. & W.M. BANNERMAN (1968): Birds of the Atlantic Islands. Vol. IV. A History of the Birds of the Cape Verde Islands. Oliver & Boyd. Edinburgh. 458 pp. [3] BRUYN, D. de & O. KOEDIJK (1990): Bird Watching during the Great Drought on the Cape Verde Islands. Cour. Forsch.-Inst. Senckenberg, 129: 191-196. [4] FRADE, F. (1976): Aves do arquipélago de Cabo Verde. (Colecgao do Centro de Zoologia da J.I.C.L.). 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Salinas de Pedra de Lume (isla de Sal), enclave importante para el paso y la invernada de aves limicolas en el archipiélago. (Foto J.J. Bacallado). Figura 2. Laguna de Pedra Badejo (isla de Santiago), una de las escasas zonas himedas dulceacuicolas de Cabo Verde. 96 Rev.Acad.Canar.Cienc., IX (Nims. 2,3 y 4), 97-106 (1997) ORGANIZACION DE MICROCOMUNIDADES DE POLIQUETOS EPIBIONTES: LA ESTRUCTURA DEL ALGA COMO DETERMINANTE J. D. Delgado y J. Nunez Departamento de Biologia Animal (Zoologia), Facultad de Biologia, Universidad de La Laguna, 38206 La Laguna, Tenerife, Islas Canarias. ABSTRACT An approach to the relationship between the structure of the algae and its epibiotic polychaete feeding guilds is performed with three intertidal phycophytes in Tenerife (Canary Islands): Jania adhaerens (Rhodophyta), Galaxaura rugosa (Rhodophyta) and Cystoseira foeniculacea (Phaeophyta). The biotypes of these algae (complexity of branching decreased from the first to the last species) could explain the differential composition of taxa and trophic gvilds in polychaete microcommunities in terms of abundance and diversity. The three species as a whole support 13 polychaete families, distributed in 6 feeding guilds. Abundance and diversity were clearly higher in J. adhaerens, smaller in G. rugosa and minimal in C. foeniculacea. Abundance and diversity of the polychaete taxa and feeding guilds decreased clearly from J. adhaerens to C. foeniculacea. Sessile, filter-feeding forms dominated the algal space in C. foeniculacea, whereas detritivore or predatory (herbivore-carnivore), motile taxa dominated in G. rugosa and J. adhaerens. We suggest that the tridimensional architecture of the algae is a major determinant of the organization of bottom polychaete communities, and presumably many other benthic invertebrates, at the smaller scales. Key werds: Algal morphology, benthos, community organization, diversity, feeding guilds, Polychaeta. RESUMEN La estructura espacial de las algas (grado de compacidad dado por la densidad de ramificacion decreciendo de la primera a la ultima especie) puede explicar, al menos en parte, la distribucidn diferencial de grupos taxondémicos y troficos en términos de abundancia, riqueza y diversidad. En este trabajo se estudia la estructura de las microcomunida:'es de anélidos poliquetos asociados a tres especies de algas mesolitorales de Tenerife (Jania adhaerens, Galaxaura rugosa y Cystoseira foeniculacea). Para las tres especies de algas en conjunto se encontré un total de 13 familias de poliquetos (3.860 individuos). Las abundancias, riquezas y diversidades de taxones y pautas troficas decrecieron claramente desde el talo mas denso (J. adhaerens) al mas laxo (C. foeniculacea). Las formas sésiles filtradoras dominaron el espacio algal en C. foeniculacea, mientr.s que los taxones detritivoros o depredadores moviles dominaron en G. rugosa y J. adhaerens. La estructura tridimensional de las algas es un determinante importante de la organizacion de las comunidades bentonicas de poliquetos y posiblemente otros grupos de invertebrados y sus larvas considerando escalas pequefias. Palabra; clave: Bentos, diversidad, gremios alimentarios, morfologia algal, organizacion de la comunidad, Polychaeta. 97 1. INTRODUCCION Los anélidos poliquetos estan presentes en la mayoria de los ecosistemas marinos bentonicos y a menudo son el componente dominante de la macrofauna [14] (Jumars 1975), [7] (Fauchald & Jumars 1979), [6] Fauchald 1989). Su elevada diversidad y amplitud ecoldgica los hacen eficientes descriptores de las comunidades bentdnicas [4] (Bilyard & Carey 1979), [5] (Cardell-Corral 1985), [10] (Gambi & Giangrande 1986), [1] (Abbiati et al. 1987), [11] (Giangrande 1988), [15] (Junoy & Viéitez 1990). Ademas, dado el amplio espectro de estrategias alimentarias mostrado por los poliquetos, juegan un importante papel en las cadenas troficas marinas [7] (Fauchald & Jumars 1979), [2] (Bianchi 1985), [3] (Bianchi & Morri 1985), [10] (Gambi & Giangrande 1985), [6] (Fauchald 1989). La diversidad de “gremios troficos” (grupos adaptados a explotar tipos de alimento similares) en poliquetos se ha descrito con base en el tipo de sustrato alimentario, la movilidad y las adaptaciones anatomicas para la alimentacion [7] . Uno de los aspectos menos conocidos de la ecologia de las comunidades de poliquetos es la influencia de la configuracidn tridimensional del substrato en la capacidad de asentamiento y accesibilidad al alimento, lo que puede condicionar la microdistribucion espacial de los anélidos. Uno de los condicionantes de la distribucién y zonacién de los poliquetos en medios bentdnicos de sustratos duros es el recubrimiento algal [11]. Sin embargo, a escalas pequefias, no se conocen trabajos que investiguen la relacién entre la morfologia algal y las adaptaciones trdficas de los poliquetos que forman estas comunidades. La arquitectura vegetal puede afectar el suministro de alimento, la captacion de detritos y la permisividad al crecimiento de epifitos, y las estructuras de mayor complejidad tienden a soportar mayores densidades de organismos [13] (ver Jeffries 1993). En este trabajo se analiza la organizacidn de las comunidades de poliquetos epibiontes en algas bentdnicas intermareales, en funcidn de las adaptaciones alimentarias. Se discuten las posibles restricciones que impone la forma del sustrato algal a la estructuracion de las comunidades anelidianas en términos de abundancia y diversidad taxondmica y trofica. 2. MATERIAL Y METODOS El] material se recolect6 entre 0 y 50 cm de profundidad sobre substrato rocoso (coladas basalticas) en la plataforma mesolitoral de Punta del Hidalgo, en el noreste de Tenerife (U.T.M.: 28RCS711619; fecha de recoleccion: 8 de diciembre de1993). Se seleccionaron tres especies de algas 98 con distinto grado de compacidad o densidad de ramificacion y porte: Jania adhaerens (Rhodophyta), Galaxaura rugosa (Rhodophyta) y Cystoseira foeniculacea (Phaeophyta) (véase el apartado Resultados). Las especies de algas se seleccionaron de forma no arbitraria, de manera que simularan un gradiente de compacidad del talo, con diferencias muy marcadas en densidad de ramificacion. Para cada especie de alga se tomaron tres muestras de 300 cc, estandarizandose el volumen comprimiendo las algas en recipientes de dicha capacidad. Las muestras se fijaron en formalina al 10% con agua de mar y se conservaron en etanol al 70%. La fauna asociada fue separada mediante lavados exhaustivos y tamizando con malla de 0,5 mm de luz. Se separaron entre 1150 y 1381 ejemplares de poliquetos de las tres especies de algas después del mismo numero de tamizados por muestra (con lo que se equiparé el esfuerzo de muestreo). Se asigno una categoria trofica a cada familia, asumiendo la presencia homogénea de dicha pauta en este nivel taxondmico. Esta generalizacion fue posible porque en muchos casos las familias estaban representadas por una 0 escasas especies de las que se posee informacion alimentaria. Algunos datos sobre tipos de alimento o substrato de actividad tréfica explotado por los grandes grupos de poliquetos se tomaron de [8] Fauvel (1927), [7] Fauchald & Jumars (1979), [9] Gambi & Giangrande (1985) y [18] Nufiez (1990), entre otros, o bien de observaciones personales. La diversidad de taxones (segun el indice H' de Shannon), se estimd con base en el numero de familias, cada una asimilada a una pauta trofica. La codificacion de las modalidades trdficas ha seguido, con algunas modificaciones, a [7] Fauchald & Jumars (1979), con simplificacion de los gremios troficos originales. Los cédigos alimentarios asignados en el presente estudio fueron: MM: Carnivoros o herbivoros, Moviles, Mandibulados; poliquetos con capacidad errante y probdscide evaginable con piezas quitinosas raptoras y trituradoras; incluye las familias Aphroditidae, Polynoidae, Syllidae, Nereididae y Eunicidae. MA: Carnivoros o herbivoros, Moviles, Amandibulados; capacidad errante y probdscide inerme: Phyllodocidae y Amphinomidae. EMA: Excavador, Movil, Amandibulado; organismos limivoros de sustratos de arena y limo con alto contenido en materia organica. Capitellidae y Orbinidae, principalmente. También Ctenodrilidae y Opheliidae. DST: Detritivoro superficial, Sésil o de escasa motilidad, Tentaculado. Anélidos que forman un tubo de mucus con particulas minerales agregadas, principalmente sedentarios. Captan materia en depdsito 99 mediante tentaculos ciliados cefalicos. ‘Trichobranchidae, Terebeilidae y algunos Sabellidae (l-abricinae). BST: Filtrador, Sésil. Tentaculado. Anélidos estrictamente sedentarios que habitan en tubos calcareos (Serpulidae. Spirorbidac) 0 bien blandos (la mayoria de los Sabellidae) y filtran selectivamente particulas en suspension con un penacho tentacular radilar. 3. RESULTADOS Y DISCUSION Kstruetura de las algas: J. adhaerens es un alga cespitosa rampante de ramificacidn densa, dicotomica regular y fuertemente impregnada en carbonato calcico. G. rugosa es de porte erguido, con ramificacion dicotomica irregular y de compacidad intermedia, siendo su nivel de carbonato inferior al de la especie anterior. Por ultimo, C. foeniculacea muestra la ramificacion mas laxa de las tres, que se distribuye de forma alterna e irregular (Fig. 1). Debido a la diferente densidad de ramificacion, cada especie retiene sedimentos en suspension en distinto grado. Esta capacidad es maxima en la primera especie y minima en la tercera. Paralelamente a la retencion de detritos, se da un poblamiento diferencial de algas filamentosas epibidticas en cada alga, mas denso cuanto mas compacto es el talo. Por todo ello, es de esperar que cada especie ofrezca distintas superficies de resistencia al flujo del agua, lo que condicionara en gran medida la productividad del talo [19] (Taylor & Hay 1984), y el asentamiento de larvas de anélidos poliquetos y otros invertebrados bentonicos [13]. Organizacion de las microcomunidades de poliquetos: En la figura 1 se muestran los taxones de poliquetos representados en las algas estudiadas y su distribucion de abundancias. Para el conjunto de las muestras estudiadas se identific6 un total de 3.856 individuos pertenecientes a 13 familias de poliquetos. En J. adhuerens dominaron los silidos y ofélidos, mientras que sabélidos y espirérbidos prevalecieron en G. rugosa Los espirorbidos fueron, con mucho, el grupo dominante en C. foeniculacea. J. adhaerens y G. rugosa presentaron respectivamente el 76,9 y 69,2 % de las familias observadas, mientras que C. foeniculacea solo abarcé un 38,5 %. La riqueza en familias disminuyo por tanto desde el talo mas denso al mas laxo. Los grupos sésiles incrementaron sus efectivos desde J adhaerens (21,9 %) hasta C. foeniculacea (96,4 %), pasando por G. rugosa (68,3 %). Por el contrario, las formas errantes dominaron en la estructura algal mas densa (75.2%), quedando infrarrepresentadas en la mas laxa (3.6%), y mostrando unos valores apreciables en la intermedia (31,7%). Figura 1. Distribucion de abundancias de taxones de poliquetos en tres especies de algas. Codigos de la secuencia de familias: Sy: Syllidae. Op: Opheliidae, Sa: Sabellidae. Sp: Spirorbidae, Or: Orbinidae. Ne Nereidae, Ct: Ctenodrilidae, Se: Serpulidae, Lu: Eunicidae, Ca: Capitellidae, Ph: Phyllodocidae. Po Polynoidae, Tr: Trichobranchidae, In: indeterminados % tamilias Jania adhaerens % familias % familias Secuencia de tamilias 101 La diversidad basada en las abundancias relativas por familia decrecié claramente desde la estructura mas compacta (J. adhaerens, H'= 2,05) hasta la mas laxa (C. foeniculacea, H'= 0,42), encontrandose un valor intermedio (H'= 1,79) para G. rugosa. De la figura 2 se desprende que la diversidad de pautas troficas resuito maxima para J. adhaerens (H'= 1,16), intermedia para G. rugosa (H'= 0,67) y minima en C. foeniculacea (H'= 0,16). La composicion de taxones con régimen macro 0 microfagico varid asimismo en funciodn de la especie de alga tratada (Fig. 3). Los poliquetos que explotan el régimen filtrador y los deiritivoros (aqui considerados micrdfagos) aumentaron claramente sus abundancias relativas de las algas mas compactas a las mas laxas, dandose la tendencia opuesta en los macr6fagos En el caso de los poliquetos, [7] Fauchald & Jumais (1979) y [6] Fauchald (1989), sefialan una amplia variedad y eclecticismo en la dieta, acompanada de gran variabilidad en el grado de especializacion anatomica en el grupo. La dieta efectiva o real varia mucho entre poblaciones de la misma especie, aunque las adaptaciones alimentarias sean constantes dentro dei grupo [7]. Para otros invertebrados, como los crustaceos eufausi‘dos, se ha encontrado que !as adaptaciones anatomicas determinan la dieta en parte, siendo importante también la variacion explicada por el comportamiento [16] (Kinsey & Hopkins 1994). Junto cor estos factores anatomicos, la estructura tridimensional del sustrato de alimentacién de los poliquetos puede iniluir en la divetsidad de gremios tréficos que se pueden encontrar en una comunidi J alyal dada. Se ha sugerido que la abundancia de individuos de cada grupo trofico refleja la disponibilidad del recurso que lo sostiene, mientras _ue la riqueza (numero de gremios) sugiere en qué medida es repartido dicho recurso [20] (Wong 1986). Las algas mas densamente ramificadas (aqui J. adhaerens) pueden permitir una retencién mayor de dctritos [1°], dificu'tando el flujo del agua y la proliferacion 102 de organismos filtradores. En el otro extremo, la baja densidad de ramificacion de C. foeniculacea explicaria la permisividad alta al flujo de agua y asi el favorecimiento de los filtradores sésiles, que competirian con ventaja por la superficie de asentamiento disponible. Esta determinacion de la organizaciOn trofica de la comunidad por la complejidad de la arquitectura vegetal parece darse también en otros ecosistemas y grupos zoologicos a escalas mayores [12] (Holmes & Recher 1986). De modo similar, una heterogeneidad ambiental mayor promueve una mayor diversidad taxonomica [17] (MacArthur & MacArthur 1961), [14] (Jumars 1975). Por ejemplo, el grado de complejidad ambiental (dependiente de la escala de observacion) en sustratos blandos de fondos profundos, influye sobre la apreciacion de la diversidad [14]. Para las especies de algas estudiadas, se apreciO una correspondencia en los patrones de variacion de la riqueza y diversidad entre las modalidades taxonomica y trofica de los poliquetos. Seguin estos datos, la diversidad y la abundancia anelidiana oscilan siguiendo un gradiente de biotipos en la complejidad de ramificacién. Una hipotesis susceptible de ser probada 0 matizada con mayor rigor emerge de los presentes resultados: los taxones de mayor movilidad y de régimen macrofagico disminuyen de las algas de estructura mas compleja a las de estructura mas simple, ocurriendo lo contrario para los poliquetos sésiles 0 poco moviles y de regimenes microfagos. Las algas bentOnicas muestran un gradiente de heterogeneidad que responde en parte al microhabitat, y que promueve una diversificacion taxonomica y trofica. Se ha cbservado por ejemplo que, en una misma especie de alga. el talo puede mostrar un gradiente de compacidad como resultado de situaciones de estrés ambiental [19] (Taylor & Hay 1984). Del misme modo, cabria esnerar que situaciones de estrés ambiental. como la contaminacion marina, actuaran sobre las comunidades de algas alterando las distribuciones de abundancias de las especies, 0 bien modificando la estructura de los talos. Todos estos factores pueden ser determinantes de la estructura de las comunidades 103 cuenta la interaccion de los parametros que caracterizan las comunidades con la complejidad estructural del medio, probandose como herramientas utiles para determinar situaciones de impacto ecologico. Figura 2. Distribucion de abundancias de gremios troficos de poliquetos en tres especies de algas. Véase explicacion de los codigos troficos en Material y métodos. AS Ne Jania adhaerens % individuos % individuos Galaxaura rugosa 0, aadiwides Cystoseira foeniculacea Do G& Gremios troficos MA DST FE ep) 4 104 Figura 3. Variacion en la composicion de poliquetos con régimen micréfago y macr6fago entre las tres especies de algas. 100% 803% 60% a : @Micréfagos 8 Macrof. 40% ‘i Macrofagos” 20% 0% Jania adhaerens Galaxaura rugosa Cystoseira foeniculacea Especies de algas 4. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen la ayuda bibliografica prestada por los Drs. Maria Cristina Gambi, Kristian Fauchald y Linda Ward, asi como la lectura critica del manuscrito por el Dr. José Maria Fernandez-Palacios y dos revisores anonimos. 5. BIBLIOGRAFIA [1] Abbiati, M., Bianchi, C. N. & Castelli, A. 1987. Polychaete Vertical Zonation along a Littoral Cliff in the Western Mediterranean. Marine Ecology, 8: 33-48. [2] Bianchi, C. N. 1985. Structure trophique du peuplement annélidien dans quelques grottes sousmarines méditerranéennes. Rapp. Comm. int. Mer Médit., 29: 147- 148. [3] Bianchi, C. N. & Morri, C. 1985. I Policheti come descrittori della struttura trofica degli ecosistemi marini. Oebalia, 11: 203-214. [4] Bilyard, G. R. & Carey Jr, A. G. 1979. Distribution of Western Beaufort Sea Polychaetous Annelids. Marine Biology, 54: 329-339. [5] Cardell-Corral, M. J. 1985. Anélidos poliquetos asociados a las cornisas de Lithophyllum tortuosum (Rhodophyta. Corallinaceae). Misc. Zool., 9: 79-89. [6] Fauchald, K. 1989. 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Functional morphology of intertidal seaweeds: adaptive significance of aggregate vy. solitary forms. Afar. Ecol. Prog. Ser. 18: 295-302. [20] Wong, M. 1986. Trophic org nizatior or understory birds in a Malaysian dipterocarp forest. The Auk. 103: 100-116. 106 mev.Acad -Canar.Cienc., IX (Nims. 2,3 y 4), 107-118 (1997) 'REDESCRIPCION Y NUEVA POSICION SISTEMATICA DE Phidiana longicirrha ELIOT, 1906 (MOLLUSCA: NUDIBRANCHIA: AEOLIDACEA) J. Ortea* y L. Moro** (*) Departamento de Biologia de Organismos y Sistemas. Laboratorio de Zoologia, Universidad de Oviedo, Espaiia. (**) Museo de la Naturaleza y el Hombre. Ciencias Naturales. Ado 853. 38003 Santa Cruz de Tenerife. Islas Canarias. ABSTRACT Redescription of Phidiana longicirrha Eliot, 1906, new data of the anatomy and biology is presented and the inclusion in the genus Pruvotfolia Tardy, 1969, is disscused. Key words: Mollusca, Aeolidacea, Phidiana longicirrha, new combination, new data, Cabo Verde islands. RESUMEN Se redescribe Phidiana longicirrha Elot, 1906, aportandose nuevos datos sobre su anatomia y biologia, y se discute su inclusion en el género Pruvotfolia Tardy, 1969. Palabras clave: Mollusca, Aeolidacea, Phidiana longicirrha, nueva combinacion, nuevos datos, archipiélago de Cabo Verde. ' Este trabajo forma parte del Proyecto TFMC. "MACARONESIA 2000" 107 1. INTRODUCCION. En nuestros estudios sobre la fauna de Moluscos Opistobranquios de Cabo Verde, hay una linea de trabajo que busca identificar las especies descritas por ELIOT [3] en el archipiélago: ORTEA y BALLESTEROS [11], BALLESTEROS, MARTINEZ y ORTEA [1]. Phidiana longicirrha Eliot, 1906, es una de las especies que primero creimos identificar, y uno de los Aeolidaceos mas comunes en Cabo Verde; pero nuestros animales presentaban una lamina peneal externa cuya observacion nos parecia poco probable que hubiera pasado inadvertida a Ehot (op. cit.), salvo que la hubiera considerado una malformaciOn o que hubiera estudiado ejemplares inmaduros. Otra dificultad adicional fue la posibilidad de que la especie de Eliot fuera la misma que la descrita por PRUVOT-FOL [13] en la costa de Marruecos como Rolandia dolfusae y que ambas estuvieran relacionadas con la especie europea Pruvotfolia pselliotes (Labee, 1923) , revisada por Tardy [15]. El estudio del material de Ph. longicirrha, recolectado en las islas de Cabo Verde entre 1981 y 1998, y su examen comparativo con animales de la misma especie del litoral de Marruecos y con otros de Pruvotfolia pselliotes de la Peninsula Ibérica e islas Canarias, nos ha permitido aclarar la posicion sistematica de esta especie que redescribimos a continuacion. 2. RESULTADOS. 2.1. Parte sistematica. Orden NUDIBRANCHIA Blainville, 1814. Suborden AEOLIDACEA Odhner, 1934. Familia FACELINIDAE Bergh, 1889. Género Pruvotfolia Tardy, 1969. Pruvotfolia longicirrha (Eliot, 1906) combinacion nueva. Phidiana longicirrha Eliot, 1906: 156-157, pl. 14, fig. 12. ( Loc. tipo Porto Grande, Cabo Verde). Material tipo no localizable. 108 Sinonimos: Rolandia dolfusae Pruvot-Fol, 1953: 58-62, ex. Fig. 19 y 19 bis ( Loc. tipo Skhritate, Marruecos. Material tipo no localizable), sinénimo nuevo. 2.2. Material. Material estudiado. Phidiana longicirrha: Palmeira (Sal), 16.7.1981, 1 ex., 10.8.1985, 4 exx. y puestas, 19.5.1988, un ex.; Joaquin Petinha (Sal), 8.8.1985, 1 ex.; Punta Preta, Monte Leste (Sal), 21.5.1987, 3 exx.; Santa Maria (Sal), 6.3.1998, 1 ex.; Mordeira (San Vicente), 21.5.1987, 5 exx.; Sal-Rei (Boavista), 26.8.1985, 1 ex.; Bahia de Praia da Cruz (Boavista), 29.5.1986, 4 eXXx. Material de comparacion. Rolandia dolfusae: Tarfaya, Marruecos, 29.9.1987, 3 exx. Pruvotfolia pselliotes: Norte de Espafia, estrecho de Gibraltar e islas Canarias, varios exx. recolectados entre 1980 y 1995. Punta Preta, Norte de Sal, 21.5.1987, 1 ex. 2.3. Anatomia externa. (fig. 1. A) Cuerpo de color crema-amarillento, con una zona rosada a la altura de los ojos, debida al color del bulvo bucal, visible por transparencia, sobre la que se disponen en la superficie finos puntos de pigmento blanco. La cola ocupa en un animal estirado la tercera 0 cuarta parte del cuerpo, es blanquecina y presenta una estria media blanco pardusca. Sobre el area cardiaca aparece, por lo general, una pequefia linea blanca; también puede haber pequefias manchitas blancas y algunos puntos de igual color en el dorso y region cefalica. Palpos largos, de base ancha, coloreados de pardo-naranja y mas claros hacia la punta. Rinoforos con laminillas de tamafio desigual, mas 0 menos espaciadas segun el grado de contraccion; el tercio basal es liso y la coloracién es pardo naranja, con el apice claro. Los cerata tienen el lobulo digestivo de color castafio tenue o grisaceo, el apice claro y pequefios puntos blancos superficiales; los de la zona media son muy largos y el animal los agita de forma violenta cuando se le molesta.(fig. 1. B-D) Entre el primer y segundo grupo de ceratas del lado derecho hay una lamina peneal externa (fig. 2. D-E, fig. 3. A) bordeada por 21-23 pequefias papi!as que forman una herradura pedunculada 109 bajo la que se encuentra el orificio genital masculino. Asociadas a esta lamina peneal, y exteriores a ella, hay cuatro papilas, tres largas y una corta, cuyo extremo aplanado presenta un pequeno cono central. El ano se abre hacia la zona media del segundo grupo de ceratas del lado derecho, y el poro renal justo por delante de él. 2.4. Anatomia interna. Las mandibulas (fig. 2. B-C) tienen el borde cortante serrado, con una sola hilera de denticulos y un surco en la regidn posterior que las divide en dos regiones desiguales. La radula, uniseriada, present6 22 dientes en un ejemplar de 75 mm. Los dientes (fig. 2. A) tienen una cuspide central y 4-5 denticulos a cada lado que nunca eve por encima de ella. En ocasiones pueden presentar 3 bien formados y uno incipiente. El aparato genital presenta en la mitad posterior del animal una glandula hermafrodita, formada por acinos globulares y un complejo sistema de conductos fibrosos que los comunican entre si; la glandula femenina se situa entre ella y el estomago, en el costado derecho. El conducto hermafrodita sale de la parte anterior izquierda de la ovotestis, penetra en la glandula femenina, y, tras un corto recorrido en su interior, se ensancha dentro de ella dando una ampolla con forma de gancho en cuyo extremo tiene anastomosada a la bolsa copulatriz que parece un diverticulo de la propia ampolla.Esta presenta siempre dos salidas, una que va a la glandula femenina para constituir un conducto vaginal indiferenciado de la abertura de la propia glandula, y otra de la que sale un conducto contorneado que se ensancha en una parte prostatica para luego formar un atrio peneal y abrirse bajo la lamina peneal externa, delante de la abertura femenina. El pene presenta pequefias papilas espinosas con los apices curvados sobre si mismos. 2.5. Biologia. P. longicirrha se encuentra, segun nuestras observaciones, desde la zona de mareas hasta los 110 5 m de profundidad en fondos ricos en hidrarios y anémonas. La puesta (fig. 3. B) es un cordon con constricciones, de color blanco, enrollado en espiral de hasta 10 vueltas. E] diametro del cordon es de 0'2 a 0'4 mm y los huevos se disponen en su interior en hileras oblicuas de 2-6 unidades, algo apelotonadas en ocasiones. El diametro medio de los huevos (conservados en alcohol) es de 74 micras, con extremos de 63 y 85 micras, mientras que el de las capsulas es de 88 micras, con extremos de 73 y 115 micras. 3. DISCUSION. Eolidia patagonica d’Orbigny, 1837, cuya anatomia interna aun no es conocida (SCHRODL [14]), es la especie tipo del género Phidiana Gray, 1850. Como caracteristicas internas de Phidiana, se utilizaron por primera vez las de la especie Ph. lynceus Bergh, 1867. MARCUS (1967) sugiere que lvnceus, pudiera ser sindnimo de patagonica, lo que evitaria una reordenacion de las especies atribuidas al género en base a las caracteristicas anatomicas de una especie distinta de la tipo nominal. Sin embargo, los disefios de coloracion de los animales vivos son distintos en ambas especies, con las estrias mediodorsales anteriores rojizas en patagonica y blancas en /ynceus. Asi pues, el verdadero status del género Phidiana Gray, 1850, permanece incierto hasta que se conozcan las caracteristicas de la anatomia interna de su especie tipo. ELIoT [3], incluy6 a sus animales de Cabo Verde en el género Phidiana creando la especie Ph. longicirrha., basandose en el modo de insercion de los cerata en el cuerpo, el aspecto robusto de la base de los tentaculos orales y el tipo de dientes radulares, similares a los de Ph. lynceus Bergh, 1867. A pesar de que la descripcion de ELIOT (op. cit.) no es una descripciOn sumaria, una de las dudas, a la hora de identificar nuestros animales de Cabo Verde con Ph. longicirrha, es la anotacion del mencionado autort "Jo incluvo con algunas duaus en Phidiana aunque no parece poseer la armadura genital caracteristica del género", ausencia que podria deberse a que el ejemplar de 9 mm recolectado por M. Crossiand que estudio Eliot, fuera inmaduro. Habria que descartar que dicha lamina peneal fuera interpretada como una malformaciOn, aunque las primeras referencias detalladas de esta compleja estructura anatomica no las tenemos hasta 50 afios mas tarde (PRUVOT- Fou [12], [13]; TARDY [15]). Un ejemplo de la interpretacidn de esta estructura como "anomalia anatomica" lo tenemos en HECHT [6] (pag. 552, fig. 12) que considera como una malformacion de Eolis coronata lo que, de hecho, es la lamina peneal de Facelina pselliotes Labbe, 1923, especie para la que TARDY [15] crea el género Pruvotfolia. Como caracteres citados por ELIOT [3] que permiten la identificacion de nuestros animales con Ph. longicirrha tenemos: a) Rinoforos amarillo castafio, acanalados casi hasta la base. b) Ceratas medios, largos y ahusados, con la punta doblada hacia abajo y muy moviles, probablemente debido a que estan delicadamente anillados. c) Glandula digestiva del interior de los cerata de un tenue color castafio. d) Mandibulas con una sola hilera de denticulos sobre el borde cortante. e) Dientes radulares con 4-5 denticulos a los lados de la cuspide central. El estudio comparado de nuestros aninales de Cabo Verde con ejemplares recolectados en Tarfaya (Marruecos), nos ha permitido comprobar ademas, que la especie descrita por PRUVOT-FOL [13] como Rolandia dolfusae es la misma que la que ELIOT [3] llamo Phidiana longicirrha, objeto del presente trabajo, aunque PRUVOT-FOL [13] describe dos caracteres tipicos de la especie no comentados por ELIOT: la estructura de la lamina peneal y el surco que recorre las mandibulas dividiéndolas en dos partes desiguales. Estos dos caracteres junto con la peculiar estructura de los largos y elasticos cerata del dorso del cuerpo, los rindforos anillados, los palpos largos y gruesos, la radula uniseriada y la posicion de la abertura anal (Cleioproctico). configuran el género Pruvolfolia Tardy. 1969 y son basicamente los mismos que utilizO PRUVOT-FOL [12] al proponer el género Rolandia (exceptuando los grandes ceratas elasticos del dorso que pudieran estar autotomizados). |.a autotomia de estos grandes cerata dorsales ocurre con facilidad en la especie europea que LABBE 112 [7| llam6 Facelina pselliotes y que TARDY [15] utiliz6 como especie tipo para la creacion del género Pruvotfolia, mientras que, segun nuestras observaciones, es rara en los animales de la costa atlantica de Marruecos, conocidos como Rolandia dolfusae Pruvot-Fol. !953 (=Ph. longicirrha Eliot). Es por lo dicho anteriormente y porque PRUVOT-FOL [12] (fig. 34B) representa como tipo de Rolandia hispanica n. gen. n. sp a un animal fijado de 25 mm, por lo que creemos, pese a no haber datos de coloracién en vivo, que PRUVOT-FOL [12] utilizo para la descripcidn del género Rolandia un ejemplar de Facelina pselliotes Labbe, al igual que mas tarde hizo TARDY (op. cit) para crear el género Pruvotfolia, nombre que sustituye a Rolandia y que no puede ser utilizado por estar preocupado por Rolandia Lacaze-Dauthiers, 1900, género de Octocoralario. Por el conjunto de sus caracteres, la especie de Eliot encaja bien en el género Pruvotfolia Tardy. 1969 y debe denominarse Pruvotfolia longicirrha (Eliot, 1906), siendo Rolandia dolfusae Pruvot- Fol, 1953 una especie sindnima. Su area de distribucion comprenderia, hasta el] momento, la costa atlantica de Marruecos (Skrirate, Temara y Tarfaya) y las islas de Cabo Verde Pruvotfolia pselliotes (Labbe, 1923), la segunda especie atlantica del género se distribuiria por las costas atlanticas de Francia (LABBE [7], TARDY [15]), Norte y Noroeste de Espafia (ORTEA Y URGORRI [10]), area dei estrecho de Gibraltar (GARCIA [4]) e islas Canarias y de Cabo Verde (Moro, ORTEA, BACALLADO, PEREZ SANCHEZ Y VALDES [9]). La acuarela de Quatrefages reproducida en PRUVOT-FOL [12] (p III, fig. 24) podria representar esta especie, que viviria también en el Mediterraneo. Rolandia hispanica Pruvot-Fol, 1951 de las costas de Espafia podria ser una especie sindnima de ella, al igual que Facelina faurei Barnard, 1927 del litoral sudafricano. De hecho en GOSLINER [5] (p.121, fig. 246) viene representado un animal que el propio GOSLINER (op. cit) atribuye a esta especie. 113 En resumen, el género Pruvotfolia Tardy, 1969 tendria solo dos especies: Pruvotfolia pselliotes (Labbe, 1923) Sinonimos: Facelina faurei Barnard, 1927. Rolandia hispanica Pruvot-Fol, 1951 sin. nov. Pruvotfolia longicirrha (Eliot, 1906) comb. nev. Sinonimos: Rolandia dolfusae Pruvot-Fol, 1953 sin. nov. 4. AGRADECIMIENTOS Nuestro agradecimiento a Emilio Rolan y Xico Fernandez por la cesion del material objeto del presente trabajo, asi como a CAJACANARIAS por su apoyo economico a la investigacion. 5. BIBLIOGRAFIA [1] BALLESTEROS, M., MARTINEZ. E. y J. ORTEA. 1996. Redescription of Geitodoris ~ reticulata Eliot. 1906 (Gastropoda. Nudibranchia) from tne Cabo Verde Island. Journal of Molluscan Studies. 62: 257-261. [2] BARNARD. K. H. 1927. South African nudibranch Mollusca, with descriptions of new species, anda note on some specimens from Tristan d’Acunha. Ann. South African Mus. 25(1): 171- DVS: [3] ELIOT, CH.. N. E. 1906. Report upon a collection of Nudibranchiata from the Cape Verde Islands with notes by C. Crossland. Proc. Malac. Soc. London. 7(3): 131-159. [4] GARCIA. J. C. 1987. Adiciones a la fauna de opistobranquios de! Estrecho de Gibraltar (Sur de Espafia) I. Jberus. 7(2): 197-209. [5] GOSLINER, T. 1987. Nudibranchs of Southern Africa. Sea Challengers, California. 136 pp. [6] HECHT, E. 1895. Contribution a |etude des nudibranches. Vem. Soc. Zool. France. 8:593-711. [7] LABBE, A. 1923. Note preliminaire sur cing espéces nouvelles d’Eolidiens de la station du Croisic. Bull. Sec. Zool. 48: 265-268. 114 [8] MACNAE, W. 1954. On some Eolidacean Nudibranchiate Molluscs from South Africa. Ann. Natal. Mus. XIII(1): 1-50 Pl. 1 y 2. [9] MORO, L., ORTEA, J., BACALLADO, J. J., PEREZ-SANCHEZ, J. M. y A. VALDES. 1996. Nuevos Aeolidaceos (Gastropoda: Nudibranchia) para la fauna de Canarias. Rev. Acad: Canar, Cienc. VII(2, 2 y 4): 63-75. [10] ORTEA, J. y V. URGORRI. 1981. Runcina ferruginae Kress, 1977 et Pruvotfolia pselliotes (Labbé,1923) dans les eaux iberiques. Vie Milieu. 31(2):149-151. [11] ORTEA, J. y M. BALLESTEROS. 1986. Estudio de cuatro de la especies de Nudibranquios descritas por Eliot, 1906 en el archipiélago de Cabo Verde. Resum. IV. Congr. Nac. Malac Tenerife. [12] PRUVOT-FOL, A. 1951. Etude des Nudibranches de la Mediterranee. Archiv. Zool. Exp. et general. 88(1): 1-80. [13] PRUVOT-FOL, A. 1953. Etude de quelques Opisthobranches de la cote Atlantique du Maroc et du Senegal. Trav. de / Institut Ch'erifien. 5: 1-105. [14] SCHROLDL. M. 1996. Nudibranchia y Sacoglossa de Chile: Morfologia externa y distribucion. Gayana Zoolodgica. 60(1): 17-62. [15] TARDY, J. 1969. Un nouveau genre de Nudibranche méconnu des cotes Atlantique et de La Manche: Pruvotfolia (nov. g.) pselliotes (Labbé) 1923. Vie. Milieu (ser. A, Biol. Mar.). 20(2A): 327-346. HS TF rE ‘ 7 € \" Figura 1: A. Vista lateral del animal vivo. B. Uno de los ceratas medios estirado. C. El] mismo cerata contraido. D. Uno de los ceratas laterales. 116 t Wid FANMVRSY 3% J Figura 2: A. Diente radular. B. Mandibulas contraidas. C. Mandibulas extendidas. D. Vista lateral de la estructura genital masculina. E. Estructura de una papila genital especial. 117 Figura 3: Una de las cuatro papilas genitales especiales con su estructura histologica. Al lado detalle de su epitelio interno. 13 Puesta. realizada en un acuario, y detalle de la misma. 118 Rey.Acad.Canar.Cienc., IX (Ndéms. 2,3 y 4), 119-123 (1997) ‘PRIMERA CITA DE Trapania luquei ORTEA, 1989 (MOLLUSCA: NUDIBRANCHIA) PARA LAS ISLAS CANARIAS L. Moro*, J. Ortea** y J. J. Bacallado* (*) Museo de la Naturaleza y el Hombre. Ciencias Naturales. Fuente Morales s/n. Ado 853. Santa Cruz Tenerife. (**) Dep., Biologia de Organismos y Sistemas, Lab. de Zoologia, Univ. de Oviedo. Espafia ABSTRACT First record of Trapania luquei Ortea, 1989 for the Canary islands, being this the first reference since its original description. New data of the anatomy is presented. Key words: Mollusca, Nudibranchi., Gymnodorididae, Trapania luquei, new record, Canary islands. RESUMEN Se cita por primera vez Trapania luquei Ortea, 1989 para las islas Canarias, siendo esta la primera referencia desde su descripcion original. Se aportan nuevos datos sobre su anatomia. Palabras clave: Mollusca, Nudibranchia, Gymnodorididae, 7rapania luquei, primera cita, islas Canarias. ' Este trabajo forma parte del Proyecto TFMC. "MACARONESIA 2000" 119 1. INTRODUCCION Trapania luquei Ortea, 1989, es la unica especie del género conocida hasta el momento en las costas de Africa. Descrita a partir de un solo ejemplar recolectado en Cabo Verde. conservado en alcohol, al que acompafiaban algunas notas de coloracion en vivo, no habia vuelto a ser capturada hasta el presente trabajo. La primera referencia de su presencia en las islas Canarias, la tenemos en un animal fotografiado en Gran Canaria en 1989 que no fue recolectado, razon por la cual no fue incluida la especie en la lista de los Doridos Fanerobranquios de Canarias que publicamos recientemente (Ortea, Moro, Bacaliado, Pérez-Sanchez y Vallés, [2]). En el presente articulo citamos por primera vez esta especie en las islas Canarias y aportamos algunos datos complementarios de su anatomia externa que no se reflejan en la descripcion original. 2. RESULTADOS 2.1. Parte sistematica. Orden NUDIBRANCHIA Blainville, 1814. Familia GY MNODORIDIDAE Odhner, 1941 Género 7rapania Pruvot-Fol, 1931 Trapania luquei Ortea, 1989 (lam. 1. A y B) 2.2 Material estudiado: Punta del Hidalgo (Tenerife). 18.4.97, | ex. de 9 mm recolectado bajo piedras en Ja zona de mareas. Montajia Roja (Tenerife), 17.i1.98, 2 exx. de 5 y 11 mm a4m de profundidad sobre algas del género Lobophora sobre las que habian numerosas colonias de Briozoos e Hidroideos. Todos recolectados por C. Hernanz. 2.3. Descripcion: El cuerpo del anima! es marron presentando dos zonas blancas bien definidas. [a primera zona parte frontalmente desde la boca hasta los rinoforos, prolongado por ellos hasta el ceomienzo de 120 zona parte frontalmente desde la boca hasta los rindforos, prolongado por ellos hasta el comienzo de las laminilllas; y la segunda, parte de la branquia recorriendo dorsalmente toda la cola. Tambien presenta zonas blancas de menor tamajio en la punta de los palpos, en los laterales de la cabeza, en la base de los apéndices situados a los lados de los rinoforos y las branquias, en los extremos de los rindforos y branquias, asi como en los laterales de la cola. Tanto las zonas marrones como las blancas se encuentran manchadas de un amarillo intenso. Los apéndices extra-rinoféricos pueden superar en longitud -cuando estan completamente estirados- a los extra-branquiales, Ilegando a rebasar a la branquia. Los rinoforos presentan ocho laminillas, siendo las 4-5 primeras de color marron y el resto blancas. E] pié es blanco en la suela y marron oscuro en el dorso de sus expansiones anteriores. La armadura labial esta formada por piezas en forma de bayoneta con un eje anterior. El] ejemplar de 11 mm presentaba una radula con formula 21 x I-0-I. Esta se caracteriza por presentar el denticulo mas prominente cerca del lado externo del diente (tras él, solo hay un denticulo): otro de similar longitud, aparece en la zona media del diente: el resto de los denticulos son considerablemente mas pequenos. 3. DISCUSION Los ejemplares de Canarias presentan algunos detalles anatomicos no recogidos en la descripcion original (ORTEA [1]), la cual fue realizada sobre un animal fijado. Los apéndices extra- rinoféricos son mas largos y del. idos, pudiendo llegar hasta la mitad del dorso y su coloracion es como la del cuerpo. pardo-grisacea con algunas manchas amarillas cercadas por blanco. Las branquias son también mas grandes, superando en tamanio a los apéndices extrabranquiales. La cabeza no es amarilla en su totalidad, sino parda con una zona blanca con manchas amarillas que pueden ser mas 0 menos abundantes. Asimismo se observan manchas similares laterales sobre el generalmente alargada en el sentido del cuerpo. La presente cita es la primera del género en las islas Canarias y amplia a 13 el numero de especies de Doridos Fanerobranquios del azchipiélago. 4. AGRADECIMIENTOS Agradecemos a Carmen Hernanz Lopez su colaboracién en la recoleccion del materia! objeto del presente trabajo. 5. BIBLIOGRAFIA [1] Ortea, J. 1989. Descripcion de algunos Moluscos Opistobranquios nuevos recolectados en cl archipiélago de Cabo Verde. Publ. Ocas. Soc. Port. Malac. 13: 17-34. [2] Ortea, J., Moro, L., Bacallado, J. J., Pérez Sanchez. J. M. y Valles, Y. 1996. Nuevos datos sobre la fauna de Doridos Fanerobranquios (Gastropoda, Nudibranchia) de las islas Canarias. Rev. Acad. Canar. Cienc. VIII (2, 3 y 4): 215-229. 122 Bevocneae.Canar.Cienc., Ix» i¥Gmswi2cn wy 4), -125-140 (1997) ZOOPLANCTON DE FUERTEVENTURA (CANARIAS) F. Hernandez*, S. Jiménez* y J.L. Silva* *Departamento de Biologia Marina. Museo de Ciencias Naturales (OAMC) Aptdo. correas 853. Santa Cruz de Tenerife. Canarias. Espafia. Abstract: Observations on the zooplankton collected during the TFMCBM/95 Canarias Cruise (Fuerteventura island) are showed. A comparison with the occidental region is made. Differences between both zones specimens, in the same time, are observed. Key words: Zooplankton, Canary Islands, Fuerteventura, occidental zone. Resumen: Se presentan las conclusiones del estudio sobre zooplancton recolectado al sur de la isla de Fuerteventura (Canarias) durante la campafia TFMCBM/95, organizada por el Museo de Ciencias Naturales de Tenerife. Los resultados de quetognatos, medusas, moluscos y larvas se comparan con los obtenidos en islas occidentales en la misma época de muestreo (septiembre), observandose diferencias morfologicas, biométricas y de composicion cualitativa entre organismos procedentes de las dos zonas extremas del Archipiélago. Palabras claves: Zooplancton, islas Canarias, Fuerteventura, zona occidental. 1.- INTRODUCCION El zooplancton de las islas Canarias ha sido objeto, en los ultimos afios, de numerosos estudios taxondmicos (HERNANDEZ [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 y 18] HERNANDEZ Y JIMENEZ (19, °20,. 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 y 30], HERNANDEZ Y LOZANO [GE ep tae HERNANDEZ et ai. [33, 34, 35 y 36]; LOZANO [39 y 40]; LOZANO Y LOZANO [41]). En relacién con la isla de Fuerteventura destacan los trabajos realizados a partir de la expedicion SOND CRUISE (1965), que llevé a cabo un exhaustivo muestreo de plancton en el area (ANGEL Y FASHAM [1 y 2]; BADCOCK [3] ; BAKER [4]; BODEN [6]; CLARKE [9]; PUGH [42] y THURSTON [43 y 44]). El proyecto TFMCBM (Canarias) con estaciones localizadas por todo el Archipiélago y uno de cuyos objetivos es ampliar el listado de fauna pelagica y realizar comparaciones entre el este y el oeste de las Islas (HERNANDEZ et al. [36]) ha permitido, asimismo, completar los estudios en esta zona. Para la misma, BARTON ef al. [5] y MOLINA Y LAATZEN [38] establecen medias anuales de temperatura, mas bajas que en El Hierro, entre 19 y 20° C con valores en septiembre de 22°C (superficie), 17 y 17,5°C a 100 metros de profundidad y 11 y 12°C a 500 metros. La diferencia térmica, unida a otros factores, parece influir en cambios morfologicos, biométricos y de composicién cualitativa puestos de manifiesto en determinados organismos del zooplancton, como quetognatos (HERNANDEZ [14]), que han sido sefialados para otras regiones oceanicas (BOLTOVSKOY [7 y 8] ). Ahora, el analisis de muestras procedentes de Fuerteventura (oriente de Canarias) nos ha permitido confirmar dichas diferencias entre fauna pelagica del este y oeste del Archipiélago (HERNANDEZ [13]). 2.- MATERIAL Y METODO Se realizaron pescas verticales desde 1000 metros de profundidad hasta la superficie, durante los dias 6 y 10 de septiembre de 1995. La red utilizada fue una (triple) WP-2 de 200 p de luz de malla. Las estaciones (figura 1) se hallaban situadas frente a la costa de Morrojable, en la zona costera comprendida entre Punta Jandia y Punta del Matorral, con fondos de mas de mil metros y cuyas coordenadas son las siguientes: ESTACION 8 28° 00’ 24’’N ESTACION 10 28° 00’ 44’? N 14° 21’ 45°°O 14° 23° $3°°.O ESTACION 9 28° 00’ 47”°N ESTACION 11 28° 00° 45° N [4°-24"'59”O 14° 20° 247-0 126 Islas Canarias Lanzarote La Palma Tenerife Fuerteventura La Gomera © Gran Canaria 28° El Hierro Figura 1. Situacion de las estaciones de muestreo 127 Un navegador GPS 75 localiz6 a diario dichas estaciones. Los lances se efectuaron a las 9,40 horas, con velocidad constante de 200 metros/8 minutos. La fijacidn se realiz6 con formalina al 4% (neutralizada) y a la semana los organismos fueron transferidos a soluciones de conservacion selectiva. Se calcularon valores de abundancia, densidad y diversidad. La biometria de los ejemplares se llev6 a cabo con placas de medicidn para microscopia binocular. Para las comparaciones con especimenes procedentes del oeste de las Islas se han utilizado pescas de idénticas caracteristicas (época, red, muestreo, fondo, profundidad, caracteristicas de la estaciOn) a las obtenidas en Fuerteventura. No se analizaron submuestras, ya que los datos estan referidos a valores totales. 3.- RESULTADOS LISTA DE ESPECIES PHYLUM CHAETOGNATHA Eukrohnia fowleri Sagitta inflata Eukrohnia hamata Sagitta lyra Eukrohnia sp. Sagitta macrocephala Krohnitta pacifica Sagitta minima Krohnitta subtilis Sagitta planctonis Pterosagitta draco Sagitta serratodentata Sagitta bierii Sagitta sibogae Sagitta bipunctata Sagitta sp. Sagitta decipiens Sagitta tasmanica Sagitta hexaptera PHYLUM CNIDARIA Aegina citrea Halicreas minimum Aglantha elata Liriope tetraphylla Aglaura hemistoma Pantachogon haeckeli Atolla sp. Rhopalonema velatum Atolla vanhoeffeni Sminthea eurygaster Cunina frugijera Solmundella ditentaculata Eugotoea sp. 128 PHYLUM MOLLUSCA Atlanta sp. Firoloida sp. (larvas) Cavolinia inflexa Limacina sp. Clio polita Peraclis sp. Corolla ovata Styliola subula PHYLUM VERTEBRATA Argylopelecus hemigymnus Lampadena sp. Ceratoscopelus maderensis Lampanyctus alatus Cyclothone acclinidens Lampanyctus sp. Cyclothone braueri Maurolicus sp. Cyclothone livida Notolychnus valdiviae Cyclothone pallida Symbolophorus veranyi Cyclothone pseudopallida Trachurus trachurus Cyclothone sp. Vinciguerria attenuata Diaphus sp. Vinciguerria sp. Diogenichthys atlanticus 1 ejemplar de Blennidae. Diplophos sp. 2 eyjemplares de Anguiliformes. Hygophum reinhardti 3.1.- Quetognatos (grafico 1 Dieciocho especies se han determinado en el conjunto de mil doscientos veintiun ejemplares examinados. Sagitta inflata, en los tres estados sexuales (grafico 2), ha sido la mas abundante del estudio (580; 47,58%), seguida de Sagitta lyra (173; 14.19%). Se han apreciado diferencias morfologicas y biométricas con respecto a muestreos de las islas occidentales, como ya senalo HERNANDEZ [14] en un trabajo anterior analizando mas de siete mil ejemplares y comparando estaciones del este y oeste del Archipiélago en relacion con las especies Sagitta serratodentata y Sagitta tasmanica (ver tabla I), pertenecientes al grupo “serratodentata”. Asi, Sagitta tasmanica alcanza tallas mas elevadas (8,42 mm para adultos en estado III de madurez sexual) en la zona oriental donde, por tratarse de una especie asociada a las aguas frias, encuentra mejores condiciones de desarrollo, frente a los 7,65 mm: alcanzados en la zona occidental. Sagitta serratodentata, por el contrario, vinculada con aguas mas calidas (la media 129 anual de temperatura en superficie se estima en 19,5°C en Fuerteventura frente a los 21°C en EI Hierro) presenta tallas de 7,55 mm (estado III) en la region este, que se situan en el oeste en 8,02 mm (para el mismo estado). Asimismo, estructuras de alto valor taxondmico como las vesiculas seminales y los garfios prensores han presentado variaciones de una zona a otra, aunque ajustandose a las descripciones. Se han recolectado especies de profundidad (Sagitta macrocephala y Sagitta planctonis) que en muestreos efectuados en la isla de El Hierro no fueron halladas, aunque se llevaron a cabo pescas a igual o mayor cota batimétrica y durante la noche (HERNANDEZ [13]). Sin embargo, la composicion especifica de quetognatos es muy similar a la de estaciones del oeste de las islas, y unicamente se observan cambios en relaci6n a las especies dominantes y a su abundancia relativa. Ver tabla II. Eukrohnia sp Krohnitta subtilis 2 87% 3,12% Sagitta minima Eukrohnia hamata 3,45% Sagitta macrocephala 3, 86% Sagitta inflata 47,58% Sagitta serratodentata 4,35% Sagitta sibogae 5,33% Pterosagitta draco Sagitta lyra 5,41% 14,19% Grafico 1.- Quetognatos mas abundantes del estudio. Abundancia Estado | Estado II Estado II] Estados de madurez Grafico 2.- Estados sexuales de Sagitta inflata Sagitta serratodentata media maximo minimo Zona occidental 8,02 10,00 6,00 Zona oriental i feb 10,00 6.00 Sagitta tasmanica Zona occidental 7,65 10,00 6,00 Zona oriental 8.42 13,00 6,00 Tabla I. Comparacion de estadisticos de dos especies de quetognatos de las zonas oeste y este de Canarias. Valores en mm. ZONA OCCIDENTAL ZONA ORIENTAL Eukrohnia fowleri Eukrohnia fowleri Eukrohnia hamata Eukrohnia hamata Eukrohnia sp. Eukrohnia sp. Krohnitta pacifica Krohnitta pacifica Krohnitta subtilis Krohnitta subtilis Pterosagitta draco Sagitta bierii Sagitta bipunctata Sagitta decipiens Sagitta hexaptera Sagitta inflata Pterosagitta draco Sagitta bierii Sagitta bipunctata Sagitta decipiens Sagitta hexaptera Sagitta inflata Sagitta lyra Sagitta minima Sagitta serratodentata Sagitta lyra Sagitta macrocephala Sagitta minima Sagitta planctonis Sagitta sibogae Sagitta serratodentata Sagitta tasmanica Sagitta sibogae Sagitta tasmanica Tabla II. Composici6n especifica de quetognatos en El Hierro (zona occidental) y Fuerteventura (zona oriental). 3.2.- Medusas (grafico 3) Se han identificado trece especies. Aglaura hemistoma ha sido la mas abundante (44 ejemplares, 36.93%), seguida de Pantachogon haeckeli (30 ejemplares, 24.86%) y Sminthea eurygaster (18 ejemplares, 15,52%). Estos datos contrastan, sin embargo, con lo obtenido para la isla de Gran Canaria (HERNANDEZ Y J IMENEZ [28]) donde Aglaura hemistoma ha tenido una 131 presencia muy poco significativa frente a Sminthea eurygaster y los valores de densidad, para el conjunto de las especies, se hallaban en 7,65 ej/100 m°> . En Tenerife, sin embargo, la especie mas representativa a lo largo de los meses de muestreo fue Aglantha digitale, con importante concentracion en el mes de enero (66 ex/100 m°). En relacion con la diversidad global para el Archipiclago, se observa una similitud entre las caracteristicas de las estaciones de Gran Canaria y Fuerteventura -14 especies en el presente trabajo-, frente a islas mas occidentales cuyos valores de diversidad son bajos (El Hierro, 9 especies). Ver tabla III. Cunina frugifera Halicreas minimum ape Solmundella 0.86% poe Ze . bitentaculata Atolla vanhoeffeni 0 86% : Eugotoea sp. 0.86% ,86% Aegina citrea 4 fe) 0,86% Atolla sp. ae Liriope tetraphylla 1.72% Aglaura hemistoma 1,72% 36,93% Aglantha elata eo 5,17% Rhopalonema velatum 6,90% Sminthea eurygaster 15.52% Pantachogon haeckell 24,86% Grafico 3.- Medusas de la campana TFMCBM/95 (Fuerteventura). 3.3.- Moluscos Se han examinado sesenta y un ejemplares, tanto Pter6podos como Heterdpodos, (4.35 ex/muestra, 1.71 ex/100 m°). En diversidad los valores son bajos (7 especies), al igual que en aguas de la isla de Gran Canaria (HERNANDEZ Y JIMENEZ [28]). en oposicion a lo observado en la zona mas occidental del Archipiélago (HERNANDEZ Y JIMENEZ [21] donde el numero de especies es elevado, sobre todo en El Hierro (19). En dicha isla Styliola subula fue la especie mas abundante (52.5%, hallandose especialmente concentrada entre 500 y 400 metros). También en El Hierro se recolectaron Desmopterus papilio, Cymbulia peroni, Carinaria lamarcki y Cuvierina columnella que no han sido halladas en el presente trabajo. Ver tabla IV. 132 ZONA OCCIDENTAL ZONA ORIENTAL Aglaura hemistoma Aegina citrea Cunina frugifera Aglantha elata Indeterminada Aglaura hemistoma Indeterminada Atolla sp. Liriope tetraphylla Atolla vanhoeffeni Pegantha sp. Cunina frugifera Rhopalonema velatum Sminthea eurygaster Solmundella bitentaculata Eugotoea sp. Halicreas minimum Indeterminada Liriope tetraphylla Pantachogon haeckeli Rhopalonema velatum Sminthea eurygaster Solmundella bitentaculata Tabla III.- Composicion especifica de medusas en El Hierro (zona occidental) y Fuerteventura (zona oriental). ZONA OCCIDENTAL ZONA ORIENTAL Atlanta peroni Atlanta sp. Atlanta sp. Cavolinia inflexa Carinaria lamarcki Clio polita Cavolinia inflexa Limacina sp. Cavolinia sp. Peraclis sp. Clio polita Styliola subula Clio pyramidata Creseis acicula Cuvierina columnella Cymbulia peroni Desmopterus papilio Hyalocylis striata Limacina bulimoides Limacina inflata Limacina retroversa Peraclis depressa Peraclis sp. Pterotrachea hippocampus Styliola subula Tabla IV.- Composicién especifica de moluscos en El Hierro (zona occidental) y Fuerteventura (zona oriental). 133 3.4.- Larvas (meroplancton) Al igual que en las restantes islas muestreadas, con la excepcién de Tenerife donde sdlo fueron recolectadas en agosto, las larvas de cefalopodos han estado bien representadas en las pescas de septiembre. Los estomatopodos (larvas de Squilla), abundantes en 21 estudio (2,73 ex/muestra, 1,27 ex/100 m° ), se han podido observar también en todes los muestreos Ilevados a cabo en dicho mes en las restantes estaciones de las islas. Respecto a otros estados larvarios, destacamos la presencia en una de las pescas (6C95D2) de un crustaceo de la familia Polychelidae Wood Mason, 1875, u la que pertenecen los géneros Eryoneicus y Polycheles. Estos organismos bentopelagicos viven a gran profundidad (por debajo de los mil metros) y son raros en las muestras de plancton. Seguin GONZALEZ PEREZ [10], sélo dos especies han sido citadas hasta el momento para las is!as Canarias, Eryoneicus faxoni y Eryoneicus richardi, siendo el hallazgo de gran interés por la escasez de trabajos que hacen referencia a estos organismos en el Atlantico (TIEFENBACHER [45,46] y TURKAY [47]). El ejemplar recolectado Eryoneicus aff. atlanticus, es objeto de un estudio aparie. 3.5.- Peces Se examinaron un total de ciento seis ejemplares de larvas, juveniles y adultos de peces planctonicos, determinandcse catorce especies y quedando tres ejemplares de gran complejidad como indeterminados (9,43%). Cyclothone braueri es la mas abundante del estudio (32,07%), seguida de Lampanyctus alatus con un 15,09% y del carangido Trachurus trachurus (9,43%). La familia mas representativa fue Gonostomatidae, que ha supuesto casi la mitad del total capturado (45,26%), aunque Myctophidae presenté mayor diversidad (9 especies). En El Hierro también Cyclothone braueri fue la especie dominante, aunque con valores de densidad de 2,13 ex/100 m° mas bajos que en Fuerteventura (6,8 ex/100 m> ). Ver tabla V. 134 ZONA OCCIDENTAL Argylopelecus hemigymnus Benthalbella infans Benthosema suborbitale Bothus podas maderensis Centrobranchus nigroocellatus Ceratoscopelus sp. Ceratoscopelus warmingii Cyclothone braueri Diaphus holti Diaphus mollis Diaphus sp. Diogenichthys atlanticus Diplospinus multistriatus Gonostoma sp. Hygophum reinhardti Hygophum taaningi Lampanyctus pusillus Macroparalepis sp. Myctophum selenops Notolichnus valdiviae Vinciguerria attenuata ZONA ORIENTAL Anguiliforme Argylopelecus hemigymnus Blennidae Ceratoscopelus maderensis Cyclothone acclinidens Cyclothone braueri Cyclothone livida Cyclothone pallida Cyclothone pseudopallida Cyclothone sp. Diaphus sp. Diogenichthys atlanticus Diplophos sp. Hygophum reinhardti Lampadena sp. Lampanyctus alatus Lampanyctus sp. Maurolicus sp. Notolychnus valdiviae Symbolophorus veranyi Trachurus trachurus Vinciguerria attenuata Vinciguerria sp. Tabla V.- Composicion especifica de ictiologia planctonica en E] Hierro (zona occidental) y Fuerteventura (zona oriental). 4.-CONCLUSIONES El andlisis del zooplancton estudiado en Fuerteventura (grafico 4), cuyo mayor porcentaje por muestra corresponde a quetognatos (59%) seguidos de eufausiaceos (17%), comparado con pescas efectuadas en otras islas del Archipiélago en la misma época, ha puesto de manifiesto diferencias morfoldgicas. biométricas y de composicion faunistica, especialmente significativas en funcion de los piupos, con respecto a organismos procedentes de estaciones del oeste de las Islas (ver tabla VI). 135 2% : 1% DECAPODOS MOLUSCOS 2% 3% ANFIPODOS 5% ICTIOPLANCTON 5% MEDUSAS 6% QUETOGNATOS EUFAUSIACEOS 59% 17% Grafico 4.- Porcentaje de grupos del zooplancton/muestra GRUPOS MEP» ued al quetognatos aE “Ie + medusas - : + moluscos - - - poliquetos - + - ictioplancton - - - larvas - - - tte es +++ 44/9) Tabla VI.- Diferencias observadas entre organismos planctonicos procedentes del este y oeste del Archipiélago. MF=morfologicas, BM=biométricas, BT=batimétricas, DV=diversidad y ES=especies dominantes. AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su mas sincero agradecimiento al Dr. Francesc Pages del Instituo de de Ciencias Marinas de Barcelona (especialista en Medusas) y a la tripulacion del “Punta Guadalique” por la ayuda prestada en el trabajo de campo. 5.- BIBLIOGRAFIA 1.- ANGEL, M.V.& M.J.R. FASHAM, 1973. Sond Cruise 1965: Factor and cluster analyses of the plankton results, a general summary. J. mar. biol. ass. U.K. 53:185-231. 2.- ANGEL, M.V. & M.J.R. FASHAM, 1974. Sond cruise 1965: further factor analyses of the plankton data. J. mar. biol. Ass. U.K. 54:879-894. 3.- BADCOCK, J., 1970. The vertical distribution of mesopelagic fishes collected on the SOND cruise. J. mar. biol. Ass. U.K. 50:1001-1044. 4.- BAKER, A. de C., 1970. The vertical distribution of Euphaustids near Fuerteventura, Canary Islands (“Discovery” Sond Cruise, 1965). J. mar. biol. Ass. 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JIMENEZ, 1995. Resultados de la campana TFMCBM/94 (Gran Canaria). Informe Técnico del Departamento de Biologia Marina del Museo de Ciencias Natiurales de Santa Cruz de Tenerife(6):126 p. 29.- HERNANDEZ, F. Y S. JIMENEZ, 1996. Nota sobre muuscos pelagicos de la Gomera (Campania TFMCBM/92). Revista de la Academia Canaria de las Ciencias, 8 (2-3-4):161-171. 30.- HERNANDEZ, F., Y S. JIMENEZ, 1996. Nota sobre la presencia de Phylliroe bucephala (Mollusca, Opistobranchia, Nudibranchia, Phylliroidae) en aguas de la isla de El Hierro (Canarias). Revista de la Academia Canaria de las Ciencias, 8 (2-3-4):173-181. 31.- HERNANDEZ, F. Y G. LOZANO, 1984. Contribucioén al estudio de los Quetognatos de Tenerife. nv. Pesg., 48(3):371-376. 32.- HERNANDEZ, F. Y G. LOZANO, 1987. Observaciones sobre Quetognatos recolectados en un estacion al sur de la isla de Gran Canaria. Bol. Inst. Esp. Oceanogr., 4(1):69-74. 33.- HERNANDEZ, F.., S. JIMENEZ Y J.L. SILVA, 1996. 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Key words: Gastropoda, Opisthobranchia, Sacoglossa, Elysia, new record, Cabo Verde islands, Canary islands. RESUMEN Se cita por primera vez Elysia cauze Marcus, 1957 en las islas Canarias y de Cabo Verde, y Elysia timida Risso, 1818 fuera del Mediterraneo. Se propone que Elysia cornigera Nuttall, 1989, de las costas de Florida y Cuba, sea considerada especie sindnima de ella. Se propone la sinonimia de Elysia gordanae Thompson y Jaklin, 1988 con Elysia margaritae Fez, 1962. Palabras clave: Gastropoda, Opisthobranchia, Sacoglossa, primera captura, Elysia, islas de Cabo Verde, islas Canarias. ' Este trabajo forma parte del Proyecto TFMC. "MACARONESIA 2000" 14] 1. INTRODUCCION En 1980 iniciamos nuestros estudios sobre los Moluscos Opistobranquios del Oeste de Africa y desde esa fecha, hemos realizado campafias sucesivas de recoleccion en las islas Canarias y en el archipiélago de Cabo Verde, completadas desde 1984 con colectas en el Atlantico americano, especialmente en Cuba y Caribe. Entre los resultados de esas campafias, hemos ampliado la distribucion de algunas especies atlanticas del género Elysia Risso, 1818: como la cita en las islas Canarias de tres especies descritas por VERRILL [30] en Bermudas: Elysia flava, Elysia papilosa y Elysia ornata, (ORTEA [20]; ORTEA, MORO y BACALLADO [23]) y la presencia en Canarias y Cabo Verde de Elysia picta Verrill, 1901, (ORTEA, LUQUE y TEMPLADO [22]). Ademas, hemos descrito dos nuevas especies: Elysia pratensis en el Caribe (ORTEA y ESPINOSA [15]) y Elysia patagonica en Argentina (MUNIAIN Y ORTEA [18}). En este trabajo citamos Elysia cauze Marcus, 1957 por vez primera en las islas Canarias y en Cabo Verde. y citamos Elysia timida por primera vez fuera del Mediterraneo, realizando un estudio anatomico comparado de los animales de ambas orillas del Atlantico. Ademas proponemos las sinonimias de Elysia cornigera Nuttall, 1989 con Elysia timida Risso, 1818 y la de Elysia gordanae Thompson y Jaklin, 1958 con Elysia margaritae Fez, 1962. 2. RESULTADOS 2.1. Parte sistematica. Orden SACOGLOSSA Bergh, 1876. Familia ELYSIDAE H. y A. Adams, 1854. Género Elysia Risso, 1818. 142 Elysia timida (Risso, 1818) (fig.1 lam.1) Notarchus timidus Risso, 1818: 375; 1826 :45, pl. 1, fig. 3-4 (localidad tipo Niza). Sinonimos Elysia viridis var. lactea Bergh, 1880: 3 (localidad tipo Trieste) Elysia cornigera Nuttall, 1989: 302-307 (localidad tipo: Spanish Harbord, Summerland Key, Florida). Sindnimo nuevo. Material: isla de Sal, Cabo Verde, agosto de 1985, 11 exx. de 5 a 10 mm de longitud en extensién recolectados entre las algas desde el limite de la bajamar hasta | m de profundidad; Baia da Murdeira, 5.3.98, 1 ex de 16 mm a! m de profundidad; Cayo Flamenco, Cuba, 9.7.88, un ex. de 1,5 mm recolectado en raspado de Thalassia entre | y 2 m de profundidad. Cayo Hicacos, Cuba, 2 exx. de 2 y 3 mm bajo piedras y bloques de coral muerto, entre 1 y 2 m de profundidad; La Habana, Cuba 20.8.97, 1 ex a 25 m de profundidad. Varios ejemplares de comparacion colectados en el Mediterraneo espafiol (Barcelona y Murcia). 2.2. Descripcion sumaria: Animales de color blanco con conspicuas manchitas rojas en la cara externa de los parapodios, cabeza, rindforos, area cardiaca y mitad superior de los flancos. Exteriormente, el resto del cuerpo es verde, mas 0 menos cubierto por el pigmento blanco. El interior de los parapodios es verde oscuro con lineas blancas, a veces discontinuas que corresponden a las venaciones digestivas. Ojos negros, con tallo, situados tras los rinoforos y llegando hasta el surco rinoforico. Cola corta. El pie es verde en su parte anterior y blanco con zonas verdes desde el inicio de los parapodios hacia atras. En la cabeza hay dos pequefios salientes laterales y un "bigote" de puntos negros encima de la boca. No hay diferencias entre los animales del Mediterraneo y de las islas de Cabo Verde; pero si se establecen algunas entre los animales de ambas orillas del Atlantico: asi, en los animales de la orilla Este, los dos lobulos parapodiales estan mas desarrollados que en los de Cuba. Todos tienen en el cuerpo papilas blancas, recubriendo algunas de ellas el borde de los parapodios; en los animales de Cuba estas papilas estan ademas presentes en los rindforos y son frecuentes los reflejos pardo-rosados sobre el blanco del cuerpo. En un ejemplar vivo de Cabo Verde, de 8 mm, la radula (fig.1D) present 3 dientes en la rama ascendente y 7 en la descendente, lo mismo que otro mediterraneo de igyal talla. En un ejemplar de Cuba (fig. 1C) de 6 mm contabilizamos 3 y 8, respectivamente. Los dientes midieron unas 125 um en el inicio de la serie descendente de los animales estudiados. Su aspecto es el mismo en todos los ejemplares. 2.3. Discusion: Elysia timida Risso, 1818, especie tipo del género, y considerada hasta ahora como endémica del Mediterraneo, ha sido objeto en los Ultimos afios de estudios de diversa indole: Taxonomicos (BALLESTEROS [1, 2]; BOUCHET[4], THOMPSON y JAKLIN [29]; JENSEN [9]); dieta y uso de los cloroplastos (RAHAT [25]; RAHAT y MONSELISE[26]; ROS Y RODRIGUEZ[27]; MARIN Y ROS [16, 17]); puesta y desarrollo (BARASH y ZENZIPER [3]; CLARCK y JENSEN [6]) y quimicos (GAVAGNIN, SPINELLA, CASTELLUCCIO, CIMINO y MARIN [8]), entre otros. Especie bien diferenciada por su peculiar forma de desplazarse, la escasa variabilidad de la coloracion y la forma de los rindforos y de los dientes radulares, ha sido, sin embargo, confundida en ocasiones (SCHMEKEL Y PORTMAN [28]) con Elysia viridis (Montagu, 1804). THOMPSON Y JAKLIN [29] incluyen Elysia margaritae Fez, 1962, como sinénimo de Elysia timida, sin discusion alguna. Sin embargo, la coluracion verde palido (verde manzana) con manchas azules en la cara externa de los parapodios en Elysia margaritae y la reduccion gradual de éstos, que no Ilegan al extremo de la cola, son caracteres comunes con Elysia gordanae Thompson y Jaklin, 1988 y no con Elysia timida. Ademas, los dientes radulares de Elysia margaritae tienen en la region anterior de la base una hendidura (espolén segun FEZ [7]), que aparece en THOMPSON y JAKLIN (op. cit.)(fig. 3D) en el diente de Elysia gordanue; y que no existe en las restantes especies del Mediterraneo. Es por ello, por lo que creemos que Elysia margaritae Fez, 1962, sistematicamente olvidada, es una especie valida; y Elysia gordanae Thompson y Jaklin, 1988, que se encuentra en el Sudeste de Espafia (CERVERA y LOPEZ-RODRIGUEZ [5]; MARIN y ROS [15] y observaciones personales) es un sinonimo reciente de ella. 144 Los ejem,lares colectados en Cuba, sobre Acetabularia crenulata tienen el mismo movimiento "a saltos", (descrito en BALLESTEROS [2] y BOUCHET [4]) que los animales de Cabo Verde y Mediterraneo asociados también con Acetabularia; los rindforos, la coloracién interna de los parapodios, su venacion, y las radulas son también iguales en los animales de ambas orillas del Atlantico, por lo que creemos que la especie de Cuba y La Florida, conocida como Elysia cornigera Nuttall, 1989 debe de ser considerada sindnima de Elysia timida. E] desarrollo directo observado en Elysia timida, que seria una limitaciOn a la capacidad de dispersion de la especie, podria estar compensado por la capacidad de sobrevivir hasta 4 meses sin alimento y por mantener funcionales los cloroplastos del alga Acetabularia durante tres meses. El area de distribucién de Elysia timida comprenderia hasta el momento todo el Mediterraneo y las islas de Cabo Verde en el Atlantico Este, y Cuba y La Florida en el Oeste. 2.4. Parte sistematica: Elysia cauze Marcus, 1957 (fig. 2, lam 2) Material: Mordeira, Sal, Cabo Verde, 29.4.1988. 1 ex. de 4 mm fijado; Palmeira, Sal Cabo Verde, 9.3.98, 3 exx. de entre 6 y 9 mma 1 m de profundidad sobre Caulerpa taxifolia; Punta del Hidalgo, Tenerife, islas Canarias, Junio-95, | ex. de 4 mm, 10.4.98. 1 ex. de 1 mm, ambos en la zona de mareas. 2.5. Descripcio6n sumaria: Cuerpo de color verde, con una tonalidad rosada en el borde de los parapodios que se extiende algo mas por el interior que por el exterior; el borde se encuentra recorrido por una fina linea de puntos castafio negruzcos. Por todo el lado externo de los parapodios hay numerosos puntos de color castafio rojizo distribuidos de manera bastante uniforme; por la cara interna el numero es menor. Vistos con aumentos los puntos son en realidad pequefios anillos. Hay también papilas blancas simples en la cabeza, rindforos, cara externa de los parapodios y borde de los mismos. Los parapodios tienen un ensanchamiento anterior en cuya base externa puede formarse una mancha oscura por agregacion de los puntos castafios. La region cardiaca es blanca, y tras ella aparece un 145 grueso tronco triangular de color verde oscuro que llega hasta el tercio posterior del cuerpo; desde él y hacia la cola se aprecia una zona decolorada que parece una venacion no funcional. Las venaciones digestivas no se aprecian a simple vista pero se hacen patentes aplastando los animales. En un animal de 8 mm contabilizamos 4-5 grandes venas, poco ramificadas, a cada lado del tronco central. Los parapodios llegan hasta el extremo del cuerpo y no dejan cola. El animal no los cierra por completo cuando se desplaza y se disponen formando angulosidades. Los rinoforos tienen zonas grises en su interior y estan manchados de rosa y castafio rojizo en el exterior, apareciendo igual pigmentacién sobre la cabeza; alli se forma una gran mancha castafio con forma de V, y los puntos castafio estan rodeados de puntos naranja. Hay un anillo oscuro alrededor de la boca. Los animales pequefios no tienen un surco diferenciado que delimite la suela pedal; éste si es aparente en el eyjemplar de 20 mm. La radula presento cinco dientes en la serie ascendente y 12 en la descendente. Los dientes mayores midieron 130 um y alrededor de 100 um los del inicio de la serie descendente. No se observo asca. 2.6. Discusion: No existe duda en identificar a los animales de Canarias y Cabo Verde con los de Brasil, estudiados por MARCUS [11] en la descripcion de Elysia cauze: Idéntica pigmentacion del cuerpo, papilas, venacion y radula con 5 dientes ascendentes y con los de la serie descendente reduciendose de forma progresiva sin acumularse en el asca. Hay sin embargo una confusion a la hora de definir el rango de distribucién de esta especie en el Caribe, donde parece que existe mas de una especie bajo el morpho o grupo “cauze”; ejemplo de ello es la subespecie Elysia cauze scops Marcus y Marcus, 1967, propuesta para animales con aspecto externo de “cauze” pero con dientes radulares en el asca acumulados en espiral (MARCUS Y MARCUS [13]). La cita de KAY [10] en Hawaii 146 como Elysia aff. cauze, debe ser tomada también con reservas. Una especie descrita recientemente en el Mediterraneo (golfo de Taranto), Elysia hetta Perrone, 1989, tiene algunas caracteristicas que la relacionan con EF. cauze, como las manchas oscuras en la base anterior de los parapodios, la radula sin dientes acumulados en el asca, las papilas blancas del cuerpo y la suela pedal sin surco transversal. Sin embargo las radulas tienen una construccion inversa, 13 dientes ascendentes y 6 descendentes en hetta frente a 5 ascendentes y 12 descendentes en cauze. El tamajio de los dientes de cauze es el doble que los de hetta y las papilas blancas de heffa mucho mayores y numerosas que las de cauze. Ademas, los caracteristicos puntos castafio de cauze no existen en hetta. Un caracter importante, como es la venacion parapodial, no lo indica PERRONE [24] en la descripcion original de hetta. | La venacion de nuestros animales no se ajusta en detalle a la descrita por MARCUS [12]. para FE. cauze. El ironco digestivo posterior al area cardiaca es de mas reducido y de él surge una venacion lateral sin la rama terminal del ironco definida. 3. CONSIDERACIONES FINALES Con estas citas son ya 6 las especies del género E/ysia que hemos colectado en ambas orillas del Atlantico y que existen en nuestra coleccion de estudio. Elysia picta Verrill: de Canarias, Cabo Verde y Cuba. Elysia ornata (Swainson): de Madeira, Canarias, Cabo Verde y Cuba. Elysia flava Verrill: de Madeira, Cararias, Cabo Verde, Cuba, Venezuela y México. Elysia papillosa Verrill: de Madeira, Canarias, Cuba y Venezuela. Elysia timida Risso: de Cabo Verde, Mediterraneo y Cuba. Elysia cauze Marcus: de Canarias, Cabo Verde, Cuba, Venezuela y México. 147 En todas las especies, salvo en E. timida, hemos ohservado puestas con sustancias nutritivas extracapsulares que permiten alimentarse a las larvas sin abandonar la puesta, facilitando su dispersion, lo que coloquialmente hemos llamado “‘picnic-larvas”. 4. AGRADECIMIENTOS Al Dr. Juan José Bacallado Aranega Director del proyecto y coordinador de la campafia Cabo Verde-98. A CAJACANARIAS y en especial a D. Alvaro Arvelo, Director General de dicha entidad, por apoyar econdmicamente al proyecto cientifico “MACARONESIA 2000”. 5. BIBLIOGRAFIA [1] BALLESTEROS, M. 1979. Bosellia mimetica Trinchese, 1891 y Elysia timida Risso, 1818, dos Sacoglossos nuevos para la fauna Ibérica. Publ. Dept. Zool. Univ. Barcelona 4: 13-17 [2] BALLESTEROS, M. 1980. Contribucion al conocimiento de los Sacoglossos y Nudibranquios. Tesis. Univ. Barcelona, 367 pp. [3] BARASH, A. Y Z. ZENZIPER. 1980. Eggs masses of Mollusca from the Mediterranean waters of Israel and notes on reproduction of the freshwaters species Theodoxus jordani and Melanoides tuberculata. The Veliger 22(4): 299-317. [4] BOUCHET, P., 1984. Les Elysiidae de la Mediterranée (Gastropoda: Opisthobranchia). Annales de L ‘Institut Océanographique 60:19-28. [5] CERVERA, J. L. y P. J. LOPEZ-GONZALEZ. 1996. 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Tenerife. "El prorostico mas probable para el futuro de la enfermedad infecciosa es que serd mds bien gris. Se podrd producir la aparicion totalmente inesperada de alguna nueva y _ peligrosa enferimedad infecciosa.... pero presumiblemente sera reprimida sin problemas" Esto escribian en 1.972 el inmundlogo Sir MacFarlaine Burnet, Premio Nobel de Medicina en 1.960, y el microbidlogo David O. White. No sabian cuan grande era su error, porque solo nueve amos despues, en junio de 1.981, el Centro para el Control de la Enfermedad de Atlanta ‘Georgia, U.S.A.) dio a conocer un informe sobre un extrafo tipo de neumonia que se habia diagnosticado en tres hospitales de Los Angeles a cinco varones jOvenes de raza blanca, sin ninguna otra patologia, y que tenian en comtn su condicion de homosexuales. Se trataba de una infeccion por un protozoo, Pneumocystis Texto de la conferencia del mismo titulo pronunciada por el autor en la Academia Pp Canaria de Ciencias, en Las Palmas de Cran Canaria el 24 de junio de 1.997. 159 carinii, muy raro en patologia humana, ya que hasta entonces sdlo se habia adviertido como una enfermedad oportunista en pacientes con una merma en sus defensas, casi siempre debida a un tratamiento prolongado con inmunodepresores o en la fase terminal de algunos canceres. Casi al mismo tiempo, se detect6 un crecimiento anormal en la declaracién de casos diagnosticados de sarcoma de Kaposi en California y en Nueva York.. Los nuevos afectados también eran homosexuales, en torno a los treinta anos, y presentaban una evolucion letal muy rapida del sarcoma; muchos de ellos padecian al mismo tiempo neumonia por P. carinii. Como consecuencia del seguimiento de éstos y otros casos, se constaté en los meses siguientes de 1.981 y en los primeros de 1.982 la existencia de un sindrome caracterizado por la aparicion de enfermedades habitualmente consideradas como oportunistas en pacientes con una baja respuesta inmune. En el verano de 1.982 se le dio el nombre de Sindrome de Inmunodeficiencia Adquirida, SIDA; se abandonaban asi algunos de los nombres que la enfermedad habia recibido en el principio como cancer gay, o GRID (Gay-related Immunodeficience) que, ademas de inexactos, tenian una finalidad culpabilizadora evidente. La rapidez con que se extendio el sindrome y una mortalidad proxima al cien por cien conmocionaron a las autoridades sanitarias americanas que promovieron estudios epidemiologicos para tratar de arrojar luz sobre una enfermedad tan extrana. Se comprobé que entre los primeros afectados eran habituales las practicas homosexuales y aquéllos que con mayor frecuencia car.biaban de pareja sexual eran quienes proporcionaban el mayor numero de afectados. Sin embargo, durante 1.982 se pudo comprobar que la poblacién homosexual no era la unica afectada. Los hemofilicos y los drogadictos por via venosa aparecieron como inesperados pacientes de un proceso que empezaba a perfilarse como producido por algun agente que se transmitia por via hematica, presumiblemente durante la actividad sexual o por agujas contaminadas. El hecho de que los factores VIII y IX administrados a los hemofilicos se obtuvieran tras un complicado proceso en el que grandes cantidades de sangre se filtran y depuran hizo suponer que el agente infectante era capaz de atravesar estas barreras y, por tanto, debia tratarse de un virus. Los primeros candidatos fueron los citomegalovirus, el virus de Epstein-Barr y el de la hepatitis B, pero pronto hubo ae desecharse esta atribucién por las caracteristicas absolutamente novedosas de la enfermedad. 160 Tras no poca polémica en la que influtjyeron intereses cientificos y comerciales, en 1.986 el Cu.nité Internacional de Taxonomia de Virus (ICTV) recomend6o el nombre de Virus de la Inmunodeficiencia Humana, VIH, para el virus causante del SIDA. Después del descubrimiento de esta primera especie viral (VIH-1) se aisl6 en pacientes de SIDA en el oeste de Africa en 1.986 una segunda especie de VIH que se denominé VIH-2. Ambos pertenecen a la subfamilia de los lentivirus, dentro de. la familia Retroviridae Desde entonces se han multiplicado los estudios clinicos y sobre la _biologia molecular de estos virus, adquiriendose un considerable cuerpo de conocimiento que, hoy dia, forman parte de cualquier tratado de Microbiologia General. El curso de la enfermedad. La infeccién por VIH en el paciente se divide tipicamente en tres fases: una primera, aguda; una segunda, asintomatica; y la tercera, en la que se produce la destruccién del sistema inmune y la aparicion de las diversas infecciones y enfermedades malignas. En general, cuando un virus ataca a un organismo no infecta a todas sus células, sino unicamente a uno o varios tipos celulares. Asi, los virus respiratorios infectan células epiteliales del tracto respiratorio. Otros virus, como el de la poliomielitis, infectan primero células del intestino; de esta forma entran en el organismo para infectar después las células nerviosas, causando paralisis. Esta especificidad de la infeccidn de un tipo de células por un virus se conoce como tropismo. El VIH presenta un marcado tropismo por las células del sistema inmune, aunque a medida que progresa la infeccidn puede infectar otros tipos celulares. No se conoce con exactitud a qué tipo de células se dirige en primer lugar, pero lo mas probable es que ataque a células del sistema inmune presentes en las mucosas. En una primera fase, el virus que entra en el organismo se multiplica de forma muy activa durante las primeras 3 a 6 semanas de la infeccién. Esta alta actividad multiplicativa hace que un alto porcentaje de pacientes (entre el 50 y el 70 por ciento) desarrolle un sindrome parecido a la mononucleosis aguda. Los sintomas mas frecuentes son fiebre, fotofobia, cefalea, odinofagia, diarrea y adenomegalias. También pueden producirse erupciones cutaneas que, normalmente, se diagnostican como una 161 infeccion viral sin identificar. En algunos casos puede aparecer dermatitis seborreica o complicaciones en aquellas personas que padecen psoriasis, e incluso ulceraciones en la boca. También pueden presentarse cuadros neurolégicos. Durante este periodo aparece un alto grado de viremia, lo que permite al virus desplazarse a otros 6rganos del paciente. Debido a la aparicion del virus en el organismo, se desarrolla una respuesta inmune contra el VIH; aparece tanto la respuesta humoral (en forma de anticuerpos contra proteinas de VIH), como la respuesta celular (células del sistema inmune dirigidas a matar o lisar las células infectadas por el VIH). Como consecuencia de esta respuesta, el virus circulante en la sangre practicamente desaparece. Sin embargo, una poblacion del virus permanece acantonada en otros organos, donde se sigue replicando y matando células de forma continua. Esta primera respuesta inmune no ha sido suficiente para acabar con el virus. Hemos de senalar también que existen diferencias entre las distintas personas en cuanto a la aparicion de la enfermedad y a los sintomas clinicos. En algunos pacientes, se da desde el comienzo de la infeccién una linfoadenopatia generalizada progresiva (inflamacion de los ganglios linfaticos), que puede estar causada por la fuerte respuesta inmune a la replicacion del VIH durante la primera fase de la enfermedad. Durante esta etapa de viremia el virus se encuentra en la sangre y, por tanto, se puede detectar el antigeno p24 de la particula virica. La presencia de antigenos virales determina la aparicion de anticuerpos: primero los anti-VIH de la clase IgM, seguidos de los anti-Env, de los anti-nucleocapsida y, finalmente, de los anti-VIH globales de la clase IgG. Esta fase se denomina fase de seroconversion, ya que el paciente pasa de ser seronegativo a seropositivo respecto a la presencia de anticuerpos. Antes de la fase de seroconversiOn, se observa que el numero de linfocitos T CD8* aumenta, detectaéndose un cambio en el cociente de células TCD4*/células T CD8*. En un individuo sano, el nimero de linfocitos TCD4* siempre es mayor que el de linfocitos TCD8*. Después de la infeccién se invierten los terminos y el numero de linfocitos TCD8 *supera al de linfocitos TCD4*. La segunda fase, en la que no se detecta virus en la sangre, pero los pacientes contintan infectados, se denomina latencia clinica. Esta etapa de la enfermedad es la mas larga y variable, pudiendo durar en algunos pacientes mas de diez anos. 162 Aunque d:irante este periodo el paciente infectado por VIH no presenta signos aparentes de la enfermedad, algunas células estan multiplicando al VIH de forma activa y produciendo virus de manera continua, que infectan nuevas células. El organismo todavia es capaz de reemplazar estas células muertas, por lo que, aparentemente, el sistema inmune no presenta sintomas evidentes de disfuncion. El principal reservorio del VIH durante la fase de latencia clinica es el sistema linfoide, sobre todo los érganos linfaticos y el bazo. En estos organos, el virus se sigue replicando en los linfocitos T CD4* y esta replicacién continua explica por qué incluso durante la fase de latencia de la enfermedad, el numero de linfocitos T CD4* del individuo va disminuyendo progresivamente. Esta afirmacion no significa que no exista virus latente en los linfocitos, sino que en un porcentaje de estas células infectadas, aproximadamente del 0,1 al 10%, se estan produciendo de forma constante nuevos virus que pueden infectar a nuevas células. La salida de la latencia clinica se caracteriza por la aparicion de enfermedades malignas y una serie de infecciones causadas por diversos microorganismos. A medida que el numero de linfocitos T CD4* sigue disminuyendo, pueden aparecer otros desordenes constitutivos que se conocen con el nombre de complejo relacionado con el SIDA (CRS). Estas alteraciones pueden implicar diarrea, pérdida de peso, fiebre, posibles infecciones como candidiasis, herpes, bronquitis, etc. Algunos de los sintomas de enfermedades cutaneas que hubieran aparecido en la fase aguda se pueden agravar. En funcion de la fase en que se encuentre el paciente, se distinguen cuatro grupos mutuamente excluyentes, definidos segtn las manifestaciones clinicas que presente el paciente. ZEs posible eliminar de forma natural la infecci6n por VIH?. Se han descrito casos de pacientes registrados como seropositivos en los que, al cabo de un tiempo, ya no aparecen anticuerpos frente al VIH y el virus se hace indetectable, incluso mediante técnicas tan sensibles como la PCR. En un estudio realizado con veinte nifos seropositivos, tres de ellos mostraron una fuerte respuesta de linfocitos Tc; sin embargo, posteriormente, fueron diagnosticados como seronegativos. Estos hechos sugieren que es posible eliminar el VIH de forma natural. Existen varias posibles interpretaciones para estos casos descritos. Una es que los ninos se hubieran infectado con un numero muy bajo de virus, capaz de inducir una 163 respuesta inmune, pero incapaz de asentarse en el organismo. Otra explicaci6n podria ser que se hubieran infectado por una cepa poco virulenta del virus, o bien con un virus defectivo. De hecho, algunos pacientes que sobreviven durante muchos afios a la infeccién por VIH poseen virus defectivos en algun gen viral. Un caso.estudiado en detalle corresponde a una paciente infectada en 1.981 en Estados Unidos por una transfusio6n sanguinea contaminada con VIH. Tanto el donante como otros dos receptores de la misma sangre murieron de SIDA. Sin embargo, la paciente continua siendo asintomatica y, desde hace varios anos, mantiene unos niveles de linfocitos T CD4* estables en torno a 400 células por mm*. De esta persona, sin embargo, no se han podido cultivar virus, aunque se han detectado parte de las secuencias de varios clones de provirus. La conclusién de estos analisis es que la paciente esta infectada, en este momento, por una quasiespecie viral con un fenotipo mas atenuado que el del virus original. Se ha demostrado que en el 64% de los clones virales de esta persona existen defectos en algunos de los siguientes genes: vif, vpr, Upl y el primer exon de tal. Probablemente, tras la infeccién, la paciente desarroll6 una respuesta inmune enérgica frente a ia cepa virulenta de VIH dando lugar a un control inmunoldgico eficaz de la replicacién viral. Quizas, debido a esta fuerte respuesta inmune, solo sobrevivieron los virus que se replicaban muy despacio, generando una descendencia con menor patogenicidad. Las estrategias contrael SIDA. —Podemos distinguir tres ejes fundamentales de actuacién para combatir la pandemia del SIDA: la prevencién del contagio, el diseno de vacunas y el desarrollo de agentes antivirales. El eje principal para detener la epidemia se basa actualmente en la prevencion del contagio. En este aspecto se deber tumar en consideracion varios hechos. En primer lugar, hay que tener presente que, tanto ur exceso de confianza en que el SIDA sdlo afecta a unos grupos definicios, conio ur.a postura exagerada ante el caracter contagioso de la enfermedad, resultan actitudes puco eficaces y nada beneficiosas frente a la epidemia. En segundo lugar, hay ue tener una informacién adecuada para conocer 164 cuales son las vias de transmisi6n de la enfermedad y diferenciar las practicas en las que existe un alto riesgo de contagio de aquéllas en las que el riesgo es casi inexistente. Para que se produzca el contagio es imprescindible una cantidad suficiente de células infectadas o de virus en el fluido corporal de la persona infectada, asi como un contacto fisico, intimo y directo, con la fuente de infecci6n y, ademas, que la persona expuesta al contagio sea susceptible a la infeccion. Sdlo la sangre, el semen y las secreciones vaginales pueden presentar concentraciones suficientes de células infectadas o de virus. El VIH no se transmite por tener contacto con la saliva, el sudor ni las lagrimas de los pacientes infectados, ni tampoco se propaga por via aérea o digestiva. Hay que resaltar que la convivencia habitual con personas infectadas, tanto en el trabajo como en la escuela o la familia, no comporta ningun riesgo de contagio del VIH. Otra caracteristica que dificulta la transmision del virus es su baja resistencia a las condiciones ambientales y su facil destrucci6n por el calor, detergentes, lejia o alcohol. Las circunstancias de riesgo se reducen, por consiguiente, al intercambio de agujas hipodérmicas contaminadas, a las relaciones sexuales de riesgo, a la transmision perinatal desde la madre infectada y al contagio por Organos trasplantados, transfusiones sanguineas y hemoderivados contaminados. En la convivencia familiar con los pacientes seropositivos, deben guardarse las costumbres higiénicas adecuadas evitando compartir los utensilios de aseo personal. En la escuela o en el trabajo no existen medidas de prevencion especiales, salvo en caso de accidente de un individuo seroposi’ vo, en que ha de evitarse el contacto directo con la sangre. El personal sanitario debe extremar las precauciones y adoptar una serie de medidas para evitar el contagio, siempre que tenga contacto directo o indirecto con la sangre u otros fluidos de los pacientes. Estas medidas universales son: la vacunaci6n frente a la hepatitis B, el seguimiento de las normas de higiene personal, la utilizacién de elementos de proteccién de barrera, el cuidado con objetos cortantes, asi como la desinfeccion y esterilizacion de utensilios y superficies. La personas con habitos que implican un riesgo de adquirir el VIH deben aplicar siempre las medidas necesarias para evitar el contagio. Los usuarios de drogas por via intravenosa deben usar jeringas de un solo uso. En caso de compartirlas, es necesario desinfectarlas adecuadamente con lejia y enjuagar a continuaci6n con agua. 165 En cuanto a las relaciones sexuales con personas infectadas por VIH, el riesgo se reduce considerablemente si se emplea correctamente el preservativo, ya que ha demostrado su eficacia para prevenir el contagio en parejas en las que una de las personas esta infectada. La promiscuidad sexual, asi como las practicas que puedan causar lesiones, son consideradas de riesgo para contraer el VIH. Actualmente, el riesgo de contagio por transfusiones sanguineas o por la inyeccién de hemoderivados contaminados con el virus es muy reducido. En nuestro pais existen 6rdenes ministeriales, decretos y resoluciones publicadas en el BOE que obligan a realizar analisis de deteccioén de VIH en todas las donaciones, tanto de sangre y hemoderivados, como de organos. Por ultimo, respecto a la transmisiOn perinatal de VIH, lo mas prudente para la mujer infectada es evitar el embarazo. Sin embargo, si se detecta la seropositividad durante el periodo de gestacién, pueden aplicarse medidas que disminuyan el riesgo de contagio al recién nacido. Entre éstas se encuentran la administracién de antirretrovirales a la madre durante algunas semanas del embarazo, el lavado exhaustivo de las vias genitales durante el parto, asi como del recién nacido y, por ultimo, evitar la lactancia. Los métodos de prevencién no solo sirven para evitar el contagio a los demas, sino también para evitar la reinfeccién de uno mismo, dado que la seropositividad no impide que el virus infecte nuevamente. Al contrario, la reinfeccion esta reconocida como una de las causas que aceleran el desarrollo de la enfermedad. En conclusion, es posible frenar el avance de la pandemia de SIDA mediante la adopcion de mediadas de precaucion frente a las situaciones de riesgo, ya que se trata de una enfermedad de dificil contagio y de facil prevencion. Prueba de ello es la caida de casos de SIDA en Espana que se ha producido en los dos Uultimos casos, especialmente significativa en 1996, cuando vienen a cumplirse unos diez anos del comienzo de la epidemia en nuestro pais y, por consiguiente, de la adopcién de medidas de prevencion y de campanas de informacion intensivas. La segunda estrategia contra el SIDA puede ser la vacunacién. Antes de nada, debe tenerse en cuenta que la variabilidad del VIH hace que escape a la neutralizacion por anticuerpos. La produccién efectiva de éstos después de la infeccién por el VIH y del primer proceso de viremia, provoca que la carga viral disminuya en el organismo, 166 induciéndose una regresién del virus circulante en la sangre. Aunque el paciente se haya infectado con un indculo viral muy variable desde el punto de vista antigénico, el primer pico de viremia observado corresponde a un virus mas homogéneo. Los mutantes virales apareceran en fases mas tardias de la infeccion. Los anticuerpos producidos en esta primera fase estan dirigidos contra distintas proteinas del VIH y, por lo tanto, son muy variados. Los mas estudiados y con mayor capacidad de neutralizacion son los que reaccionan con la proteina viral gp120. ;Como es posible que , existiendo anticuerpos neutralizantes contra la gp 120 el virus se replique de forma cada vez mas activa a medida que transcurre la enfermedad?. La respuesta a esta pregunta posiblemente la encontremos en la enorme variabilidad del virus, es decir, en su capacidad de producir mutantes constantemente. Debido a la replicacion continua del virus, se van a generar mutantes que escapan a la neutralizacion | por un anticuerpo determinado que no va a ser capaz de reconocerlos originandose, por consiguiente, la expansion de este subtipo viral. La selecci6n y multiplicacion de este nuevo virus hara que, al cabo de unas semanas, puedan aparecer en el organismo anticuerpos neutralizantes contra él. La expansion de este subtipo generara a su vez nuevas variantes, algunas de las cuales escapara a este segundo anticuerpo y asi sucesivamente. Por mucho que el sistema inmune trate de controlar al VIH produciendo anticuerpos neutralizantes, el virus generara mas deprisa virus mutantes, que tendran la oportunidad de escapar a cada respuesta. En tiempos mas tardios de la infeccion, cuando los ganglios estan mas danados, sera cada vez mas dificil producir una respuesta humoral efectiva que responda con nuevos anticuerpos a Jas nuevas variantes virales originadas de manera constante. La variabilidad del VIH conducira, en ultimo término, a la falta de control del sistema inmune sobre la replicacion viral. Por consiguiente, la falta de una vacuna no se debe a “la voluntad de las multinacionales" como hemos vido recientemente, sino mas bien a la biologia del virus. A pesar de ello, en estos momentes se estan ensayando distintos tipos de vacunas: unas de ellas estan basadas en la expresion de la glicoproteina de superficie gp160 del VIH en vectores virales como el virus vacunal atenuado. Se trata de una vacuna preparada mediante la tecnologia del ADN recombinante, consistente en la inclusién del gen env de 167 VIH en el virus vacunal, con lo que se obtiene una particula virica que expresa la glicoproteina de superficie de VIH. Otras vacunas consisten en la inyeccién en los pacientes de esta glicoproteina recombinante, o parte de ella, obtenida de levaduras, células de insectos o células de mamiferos. También se han llevado a cabo ensayos utilizando péptidos sintéticos de la gp 120, p24 y p17. Por ultimo, se encuentran las vacunas que se fundamentan en la producci6n de virus VIH inactivados y/o atenuados. Sin embargo, aun pueden pasar anios hasta que se tengan resultados concluyentes sobre la eficacia de estas vacunas. También se estan invirtiendo grandes esfuerzos en la busqueda de nuevos compuestos con actividad antiviral. En el campo de los agentes antivirales, se ha centrado la atencién, como es légico, en la inhibicién de procesos especificos del virus, principalmente su entrada en la célula, la inhibicion de la retrotranscripcién o la inhibicion de la proteasa viral. Una forma de impedir la entrada del VIH en la célula hospedadora es la ‘administraci6n de inmunoglobulinas dirigidas contra la gp120, ya que al producirse la union de la proteina al anticuerpo, el virus no podra fijarse a la célula. Los complejos de virus unidos a los anticuerpos seran luego eliminados por distintos mecanismos, entre ellos la fagocitosis por los macrofagos. Existe un gran numero de compuestos cargados eléctricamente que poseen un elevado efecto antiviral en células en cultivo frente a varios tipos distintos de virus, incluido el VIH. Este es el caso de los taninos y de los polisacaridos sulfatados, muy - abundantes en el reino vegetal y que incluso forman parte de nuestra dieta. Su modo de acci6n exacto no se conoce, pero podrian interferir en la interaccién de VIH con su receptor, la entrada o la descapsidacion de la particula virica. La adicién de estos inhibidores no muestra toxicidad para células en cullivo, pero alguno de los polisacaridos sulfatados de tipo heparinoide puede inhibir la coagulacion sanguinea. Otro enfoque que se ha utilizado para inhibir la penetracién del virus es la administracion del receptor CD4 modificado, cuya union a la glicoproteina gp 120 del virus lo inactivara. Para ello, se ha sintetizado mediante técnicas de ingenieria genética la glicoproteina CD4 truncada, a la que falta ia region transmembrana necesaria para anclarse a la membrana celular. Esta estrategia funciona bien en células en cultivo, pero su uso terapéutico presenta serias dificultades, ya que se necesitarian altos niveles de 168 estas proteinas en sangre y tejidos durante largos periodos de tiempo. Por ello se ha intentado utilizar CD4 unido a inmunoglobulinas, puesto que éstas aumentan su estabilidad. Hasta el momento los resultados clinicos no han sido esperanzadores. Una variacion mas ingeniosa consiste en el uso de CD4 unido a toxinas para matar selectivamente a las células infectadas. La idea es sintetizar una toxina hibrida, uniendo la molécula de CD4 al dominio catalitico de una toxina, como, por ejemplo, la exotoxina A de Pseudomonas aeruginosa, que inhibe la sintesis de proteinas. El CD4 presente en la proteina hibrida se unira a la glicoproteina viral gp 120 existente en la superficie de las células infectadas por el VIH, pero inexistente en las células no infectadas. La toxina penetrara en las primera e inhibira la sintesis de proteinas en ellas, sin afectar a las células no infectadas. Esta estrategia funciona bien en células en cultivo y se estan llevando a cabo los primeros ensayos clinicos para evaluar su eficacia en pacientes. También se puede impedir la multiplicacion y maduracion del virus, aprovechando la inhibicion de procesos que son exclusivos de él. Entre ellos se encuentra la inhibicion de la retrostrascriptasa. Para este fin se han propuestos diferentes sustancias antirretroviricas. E] primero que se ensayo en pacientes con SIDA fue el AZT (Azotimidina) que es un derivado de la desoxitimina en el que el grupos OH en 3' ha sido sustituido por un grupo azo (N3). Cuando penetra en la célula este compuesto se fosforila a AZT trifosfato y como tal es reconocido por la RT e incorporado a la cadena de ADN naciente, pero al faltarle el grupo OH3' provoca la terminacién de la sintesis de la cadena de ADN. Dado el éxito del AZT en la terapia antisida, se prepararon otros analogos de nucleutidos que actuan como terminadores de la sintesis de ADN; los mas frecuentes son los didesoxinucledtidos que carecen del grupo OH en 3', muchos de ellos son utiles tanto en terapia combinada como individual. Existen también algunas sustancia que no son analogos de nucledtidos y que pueden inhibir fuertemente a la retrotranscriptasa Otro frente en el que se puede atacar al VIH es en la inhibicion de la proteasa, que, como hemos visto, es imprescindible para la maduraci6n de los viriones. Existen distintos compuestos que inhiben a la proteasa a concentraciones que no resultan excesivamente toxicas para humanos. Por ultimo, hemos de citar las nuevas estrategias basadas en la Biologia Molecular y en la Biotecnologia. Destacan la utilizacién de distintos tipos de acidos 169 nucleicos y la terapia génica conducente a la obtencién de linfocitos T CD4* resistentes al VIH. Entre los primeros, se pueden destacar tres tipos de acidos nucleicos: Los ARN antisentido, que son secuencias complementarias al ARN o al ADN viral que, al hibridar con los acidos nucleicos virales los bloquean y anulan su funcionalidad. Se han sintetizado para dirigirlos a sitios clave del genoma, tales como la secuencia de iniciacion de la sintesis de proteinas o los sitios de procesamiento interno (splicing) del ARN. Estos oligonucledtidos tienen un fuerte poder inhibidor del VIH en células en cultivo, pero su utilizacion clinica esta todavia en fase I de experimentaci6én, por lo que habra que esperar algun tiempo para conocer su eficacia clinica. Algunas moléculas de ARN presentan actividad catalitica, tanto para cortar internamente acidos nucleicos, como para ligar dos moléculas de ARN. Estas actividades se descubrieron en dos tipos de intrones que eran capaces de llevar a cabo el splicing sin necesidad de proteinas. Las moléculas de ARN con actividad enzimatica se denominas ribozimas. Se puede, por tanto, sintetizar pequenas moléculas de ARN que posean secuencias complementarias a las de una ARN mensajero viral y que ademas incluyan las secuencias que les confieran actividad endonucleasa. Al unirse las ribozimas a estos ARN mensajeros, seran capaces de cortarlos haciéndolos no funcionales. De esta manera, se ha demostrado que las células que expresan el gen de una ribozima dirigida contra el material genético viral son resistentes a la infeccién por VIH. También se han utilizado andlogos a ARN que sirven para secuestrar determinadas proteinas virales, de manera que éstas se unan a los ARN senuelo, en vez de unirse al ARN viral. Se han empleado, aunque con éxito mas bien escaso, senuelos de secuencias reguladoras, tales como TAR (Tat activating RNA) y RRE (Rev responsive element) que secuestrarian, respectivamente, a las proteinas reguladoras Tat o Rev. En cuanto a la terapia génica, se han obtenido linfocitos T CD4* que son inmune a la infeccién por VIH, por ejemplo, introduciendo en ellos el gen del interfer6n alfa. De todos los procedimiento terapéuticos disenados, no hay ninguno absolutamente eficaz, por lo que, quizas la terapia del futuro sea la terapia combinada, bien convergente, es decir dirigida contra una sola diana, 0 bien actuando en varios puntos simultaneamente. 170 El origen del SIDA. Para terminar, permitanme unas palabras sobre el origen de la epidemia que nos ocupa. Uno de los temas mas debatidos en la pandemia del SIDA esta relacionado con la determinacion de su origen. Si bien se tom6 conciencia de la aparicion de la enfermedad en 1.981, esta claro que el VIH ya estaba circulando en la poblaci6n humana desde mucho tiempo atras. Retrospectivamente, se han descrito algunas muertes de SIDA ocurridas antes de 1.981. La infecci6n por VIH mas antigua parece ser la de un hombre de nacionalidad americana que fallecio en 1.952. Evidentemente, el virus tenia que estar afectando a la poblaci6n humana desde mucho tiempo antes, pero esta infeccidn se encontraria restringida a una areas geograficas pequenas, como en ciertas zonas de Africa Ecuatorial. Quiza se pudo establecer un equilibrio entre la poblacién de esta zona y el virus. Siguiendo con la especulaciones, es posible que el aumento del trafico de viajeros en los ultimos veinte anos pudiera haber puesto en contacto al VIH con personas de caracteristicas serologicas muy distintas de la poblacion autdctona, que las hicieron mas vulnerables a la infecciOn por el virus. Se ha sugerido que los viajes de turistas y, especialmente de homosexuales norteamericanos al Zaire en los anos setenta podria haber dado lugar al contagio. Este virus podria, posteriormente, haberse asentado y transmitido con facilidad en la poblacién homosexual de Estados Unidos. El numeroso trafico de viajeros entre paises habria servido para difundir el virus, infectando a otros estratos de la poblacion, dando lugar a la pandemia con las dimensiones que hoy conocemos. Hoy dia sabemos que la variabilidad del VIH es muy alta. Basta una persona infectada para que origine millones de variantes del virus. Se podria pensar que la infecci6n por el VIH de un nuevo grupo de poblaci6n humana diera lugar a variantes mas virulentas. En favor de esta posibilidad existen numerosos casos documentados en la historia de la infeccidn de nuevas poblaciones humanas por agentes infecciosos que no resultaban tan virulentos en la poblacion en que estaban asentados. Uno de los casos © mas conocidos es el de la poblacion indigena de América cuando se puso en contacto 171 con los patogenos llevados por los conquistadores espanoles. Se calcula que en algunas regiones la mortalidad por el virus de la gripe o por el de la viruela lleg6 a disminuir la poblacion a un 20 por ciento del namero inicial en un periodo de tiempo muy corto. Algo parecido podria haber ocurrido al infectar el VIH a grupos que nunca habian estado en contacto con ellos. También es interesante terminar mencionando que algunos investigadores piensan que el VIH no es el Unico responsable de la pandemia de SIDA, sino que existen otros cofactores infecciosos que contribuyen en gran medida a la alta mortandad causada por el VIH. Asi, Luc Montagnier ha propuesto que la combinacién del VIH proveniente de Africa con otro microorganismo que podria existir en alguno de los primeros viajeros infectados, pudiera haber provocado la patogenia de la enfermedad. En este sentido, se ha sugerido que la combinacion del VIH con algtin tipo de micoplasma pudiera ser la causa del SIDA. Los micoplasmas son bacterias que no poseen pared celular, encontrandose algunas especies en hombre de forma natural sin causarle ningan transtorno. Existen también especies de micoplasmas patogenos para el hombre que pueden causar neumecnias, uretritis, artritis, etc. En este caso, el tratamiento con antibidticos que inhibieran a los micoplasmas podria cambiar el curso de la enfermedad. Sin embargo, esta posibilidad aun no ha sido demostrada. Por ultimo, también se ha especulado sobre la implicacion de los priones junto con el VIH como agentes causales del SIDA, pero esta posibilidad no ha sido todavia investigada suficientemente. 172 Rev.Acad.Canar.Cienc., Departamento de Morfologia. Centro de Ciencias de la Salud. Universidad de Las Palmas de Gran IX (Nims. z,2 VY 2) 3 173-189 (1997) RADICALES LIBRES: UNA REVISION DE SU PAPEL EN LA BIOLOGIA DE LA CELULA. Paula Lecuona y José Regidor Canaria. Apartado Postal. 550. 35080 Las Palmas de Gran Canaria 1.- Radicales libres 1.1.- Radicales libres del oxigeno: conceptos basicos, formacion y tipos En la actualidad se acepta que. en las etapas primigenias de la evolucion del planeta Tierra. las primeras moléculas bidgenas surgieron en una atmosfera quimicamente reductora, compuesta por hidrégeno. amoniaco. metano y vapor de agua.’en condiciones de elevadas temperaturas y altos niveles de irradiacioOn (ausencia de vapa de ozono). Seguramente fueron aminoacidos y otras moléculas hidrocarbonadas las primeras en formarse. para hacerlo posteriormente. moleéculas bioquimicas mas complejas. La formacion de comunidades bioquimicas autotrofas constituyeron. probablemente. las primeras etapas celulares. ABREVIATURAS | (CAT = Catalasa |e = Electron GP = Glutation peroxidasa GSH = Glutation reducido GSSG = Glutation oxidado H>O, = Peroxido de hidrogeno | NO = Oxido nitrico QO = Radical superoxido ‘O> = Oxigeno singlete OH’ = Radical hidroxil ONOO’ = Anion peroxinitrito ONOOH = Nitrosilo 173 ! | | RO = Radical alcoxi ROO’ = Radical peroxido | ROOH = hidroperoxidos lipidicos | ROH = Alcoholes lipidicos SOD = Superoxido dismutasa En este medio ambiente. los organismos anaerobios autdtrofos fueron los unicos representantes hasta la aparicion de las algas verde-azuladas capaces de aprovechar uno de los substratos mas abundantes en el planeta: el agua, para obtener hidrdgeno empleando la practicamente inagotable energia solar, (fotolisis del agua). lo que permitio la liberacion de un subproducto de la reaccidn, el Oz. a la biosfera. La aparicion de Oz libre cambio la estructura quimica de muchos compuestos de carbono, hidrégeno y nitrogeno. dando lugar a las formas CO>. N> y H20, que provocaban la ruptura de las biomoléculas de la materia viva. Paradojicamente. a partir de ese momento, la seleccion natural favorecié a los organismos que usaban mecanismos fotosintéticos. con el consiguiente aumento de la densidad de O 2 en la atmosfera. Por tanto. la supervivencia de los organismos anaerobios mayoritarios, dependia de la adquisicion de mecanismos de defensa frente al O>' Me En condiciones fisioldgicas, los organismos aerobios consumen casi un 98% del O) a través de la cadena respiratoria mitocondrial. Durante este proceso no se produce la liberacidn de intermediarios parcialmente reducidos del O2. pero la pequena fraccion restante (1-2%) del O2 no consumido es reducida. dando lugar a los radicales libres que son toxicos para las células. Por ello, los organismos aerobios han desarrollado unas potentes defensas antioxidantes, que minimizan la toxicidad potencial de los radicales'”’. Un radical libre es un atomo o molécula con un electron (e ) desapareado en su orbital mas externo. Segun esta definicion, un “birradical” es una especie que contiene dos e desapareados en el orbital mas externo. y éste es el caso de la molécula de Oz. Asi mismo, un radical i6n es un radical libre con carga eléctrica. positiva o negativa''*?. Por su propia naturaleza, los radicales libres son responsables del inicio de reacciones en cadena de dificil control. De forma general. podemos considerar los siguientes tipos de reacciones C1): 1.- Reaccién de iniciaci6én: tiene lugar la formacion del radical libre. Este puede realizarse : a 4 por varias vias": a) Division homolitica de un enlace covalente de una molécula, reteniendo cada fragmento. uno de los e apareados: EN a ee reaccion que no se da normaimente en los sistemas bioldgicos, ya que requiere gran cantidad de eiergia que suele proceder de elevadas temperaturas. luz ultravioleta 0 radiacidn ionizante. b) Fision heterolitica. en la que los e del enlace covalente son retenidos por uno solo de los fragmentos. dando lugar a radicales iones: XY sae ay - 174 c) Transferencia de e singlete a una molécula normal: FN eae Este es el proceso de formacion de radicales libres mas comutn en los sistemas bioldgicos. 2.- Reaccioén de propagacion: son las reacciones implicadas en la transferencia de e. 3.- Reaccién de terminaciOn: comprende las reacciones en las que se produce la eliminacion del radical. Una vez formado el radical. el numero y complejidad de posibles reacciones aumenta. E] & desapareado del orbital mas externo le confiere a los radicales libres. una reactividad quimica inusual y unas caracteristicas fisicas especiales, presentando una gran variabilidad segun la molécula. La reactividad de un radical libre va a depender de la constante de velocidad de una reaccion y la concentracion de la(s) sustancia(s) reaccionante(s): Reactividad = [A] , Ka-pr donde [A] es la concentracion de la sustanc’a reaccionante. y Ka-pg representa la constante de velocidad de la reaccion. No se puede hacer gran cosa para cambiar la constante. pero podemos variar la concentracion de A, mediante substratos alternativos, lo que constituye la base teorica del funcionamiento de los “secuestradores™ selectivos de los radicales libres''’. Ya se comento anteriormente, que el oxigeno molecular, en estado natural. es un birradical con dos e desapareados con spins paralelos. Esta disposicion previene la adicion directa de un par de e. necesitando una inversion del spin antes de formarse el enlace. El proceso de inversion del spin es relativamente lento. lo que convierte a la molécula de O2 en un oxidante relativamente deébil. Debido a esto. predomina una reduccion univalente del spin. que constituye la ruta divalente o de reduccion de dos ¢ ° >) La ruta univalente en la que se produce la completa reduccion del O>. da lugar a la formacion de una serie de radicales que dependen del grado de reduccion del Op: Ges Op O48 50,8228 oH +H,O 2B 314.7) De esta ruta se obtienen: - el radical superoxido (O2). por reduccion de une. - el peroxido de hidrogeno (H2032). por reduccion de dos e”. - el radical hidroxil (OH) por reduccion de tres e”. 175 1.1.1.- Radical super6xido (QO; ): Es el primer intermediario que se produce en la ruta univalente del O2. Es muy importante. mas que por su reactividad en si, porque da lugar a otra serie de radicales y especies reactivas del O>. que son mas toxicas que éste ‘> °. En medio acuoso. puede actuar como base formando el radical hidroperoxil (HO>*). por protonacion: Op +E Oe En medio acuoso, actua como agente oxidante, y es facilmente reducido a H2O2, dando lugar a la reaccion mas importante de este radical. que es su dismutacion. En medio acido esta reaccion se realiza espontaneamente. mientras que a pH neutro o basico, la dismutacion es catalizada por la enzima superoxido dismutasa (SOD), a una velocidad mucho mas alta: O2 + O23 2A = FO: 0; Puede interaccionar con el H2O2 generando otro tipo de especie reactiva del O5, que-es el oxigeno singlete. importante también ye que es citotoxica, aunque no es un radical propiamente dicho. Ademas, el radical superoxido, puede oxidar moléculas como el acido ascorbico y la adrenalina, y aunque normalmente no interacciona con lipidos, puede reaccionar con hidroperoxidos lipidicos. dando lugar a radicales alcoxi (RO’). 1.1.2.- Peréxido de hidrégeno (H2Q;): E] H2O>2 no es propiamente dicho un radical, pero se considera especie reactiva del Ox. Es un producto secundario en la ruta univalente del Oo. La principal fuente de formacion de H2O, es la generada por la dismutacion del radical superOxido. catalizada por la superoxido dismutasa. Puede formarse también a través de la reducci6n divalente del O>. llevada a cabo por un grupo de enzimas, entre las que se encuentran implicadas ciertas oxidasas flavinicas como la urato- oxidasa. D-aminoacido-oxidasa v glicolato-oxidasa. locaiizadas en los peroxisomas y glioxisomas. Aunque en si misma no es una especie suficiertemente reactiva como para oxidar muchas moléculas organicas (solo cuando este radical se encuentra en elevadas concentraciones), biolégicamente es importante. ya que puede generar el radical hidroxil (OH”). que si es altamente reactivo. Tiene la caracteristica de difundi: facilmente a través de las membranas bioldgicas, debido a . . , . ws . , ° bs Ld g (1. 3. 6) su estado no ionizado y a su débil carga eiéctrica que le confieren caracteristicas hidrofobicas °° > ”’. 176 Es también el substrato de la enzima catalasa. presente en los peroxisomas, y de la mieloperoxidasa generando productos oxidativos como hipoclorito, y posiblemente, oxigeno singlete. Estas especies estan asociadas con la liberacidn de mieloperoxidasa de las células inflamatorias. que actuan como defensa importante contra las infecciones bacterianas, pero pueden . (1) dafiar. a su vez. a las células y componentes del espacio extracelular *. 1.1.3.- Oxigeno singlete ('O, ): Como ya se ha indicado, no se trata de un radical libre. aunque si una especie reactiva del Oo. Aunque no es un subproducto de la ruta univalente del O2. se comentara brevemente, ya que puede ser el resultado de varias reacciones en las que intervienen otros radicales, y puede producir también cierto dano celular. Puede formarse después de la generacion del O2 y del H2O 2. por interaccion de ambos radicales. y también puede ser generado como resultado de la peroxidacion lipidica. Es capaz de iniciar la peroxidacion lipidica de los acidos grasos insaturados'”’, que se hallan principalmente en las membranas, lo que puede ocasionar graves alteraciones. 1.1.4.- Radical hidroxil (OH’): Es considerado como el oxidante mas potente de los sistemas biologicos. Tiene una vida media muy corta. y una enorme capacidad para reaccionar con gran variedad de moleéculas. Principalmente. se produce a partir de la descomposicion del H202, mediante la denominada reaccion de Fenton. en la que también participan iones de hierro, y posteriormente. por la reaccion de Haber-Weiss. en la que interacciocna el Ox con el H2O2. Estas reacciones caracteristicas forman parte de una serie de reacciones. en las que participan radicales libres y especies reactivas de oxigeno. y el hierro como metal de transicion: Fe’ +H,O.——>Fe"+OH+OH (1) OH +H,O.—>H0 +02+H" (2) O;+H,O.—>O.+H,O +OH (3) Fe’ +OH ——Fe’ +OH (4) La reaccion (3). que es la denominada de Haber-Weiss. se consider6é como generadora de radical hidroxil, segun la propuesta de Beauchamp y Fridovich, aunque se ha demostrado que se produce de forma muy lenta''’. Sin embargo. Khan y Kasha (1994)'*) demostraron que no es el radical hidroxil. sino el oxigeno singlete la especie reactiva formada en la reaccion de Haber-Weiss. 177 E] radical OH* se forma. también. por interaccion del O2 y H2Q0>2 con otros metales quelados (Me). como el cobre (Cu). siguiendo reacciones de tipo Fenton, cuyo esquema es el siguiente”): Me™ quelado +O;——> Me.” quelado +O, Me’ quelado +H,0,—— Me” quelado + OH’ +OH 1.1.5.- Oxido nitrico (NO’): El] NO* es un radical débil sintetizado por una gran variedad de tipos celulares, habiéndose detectado tanto en animales vertebrados como invertebrados."”"”’ El NO” es un intermediario en la sintesis de nitrato (NO3) y nitrito (NO>’). En las células se sintetiza a partir de L-arginina interviniendo la enzima sintasa del 6xido nitrico (NOS). L-ARGININA +O,—>L-CITRULINA +NO’ De la NOS se conocen tres isoformas principales: la NOS-] muy abundante en células musculares estriadas y en algunas neuronas; la NOS-II, presente en macrofagos y hepatocitos y la NOS-II. principalmente en el endotelio vascular. NOS-I y NOS-III, son enzimas constitutivas calcio-dependientes. mientras que la NOS-II es inducible'''”. El NO* es un radical libre en forma gaseosa e hidrofébico, lo que le confiere una elevada capacidad de difusion en los sistemas biologicos. Actua rapidamente con especies que contengane | desapareados. principalmente con oxigeno molecular (O2). anidn superoxido (O2) y metales de transicion. En este sentido es importante resaltar la accién del NO* sobre las hemo-proteinas. especialmente sobre la guanilato-ciclasa soluble dando lugar a GMP ciclico. Con el O> reacciona en fase gaseosa y soluciOn acuosa formando di6xido de nitrogeno (NO>). que es muy reactivo y, por hidrolisis de compuestos intermedios del tipo N2O3 y N2Oy,. da lugar a NO» y NO3°. siguiendo dos posibles rutas alternativas'”!*!?’: 2NO’ + O, —> 2NO> oe NOstNOi=—— BEG. N:O. + 20H —>NO; +NO3 +H.0 | NiO. 20H SFO; He Estos van ‘a actuar sobre tioles y aminas celulares, y aunque podria representar una importante citotoxicidad. al ser una reaccion de segundo orden, no constituyen un grave peligro potencial para la eélula. Sin embargo. el NO” puede reaccionar también con el O- formando el anion peroxinitrito (ONOO’). es una especie inestable de vida media muy corta (‘’. siendo ésta la fuente mas importante de OH’ en la célula O; +iNO" —>ONOO <4 ONOOH ——> OH + NO: E] anion ONOO in vivo junto con glutation reducido (GSH) y CO) provoca la oxidacion del GSH y la formacion de un compuesto nitrosoperoxicarbonado (ONO2CO) que es un potente nitrificador’”’. El anion ONOO puede interactuar con tioles (RSH) dando lugar a nitrosotioles (RSNO) implicados en procesos de nitracién, al descomponerse en NO” y radicales tioles (RS*). Por otro lado. se ha sugerido el posible papel de los nitrosoles proteicos como reservorio de NO" uy Este ONOO puede actuar sobre grupos sulfidrilos proteicos o no. A su vez, induce la peroxidacion lipidica y oxidacién de la desoxirribosa mediante una descomposicion catalizada por proteinas a OH” y NOp. Provoca también la nitracion de residuos tirosina y de compuestos fendlicos (2.13) por heterolisis catalizada por metales a i6n nitroso (NO?) O2 O2 O2 NO SOD Fe" H:O: 2RSH ONOO <1> ONOOH | CAT OH H2O RSSR RSNO OH + NO, El NO*. en condiciones fisiologicas puede unirse al Fe de las hemoproteinas. asi como a centros Fe-S de otras proteinas. modulando su activacion y controlando la liberacion de Fe. Sin embargo. en condiciones patologicas con superproduccion del NO” . la cual va asociada a menudo a un incremento del radical O2 , altera la acividad enzimatica y el metabolismo del hierro. provocando la perdida de Fe intracelular que puede conducir a una mayor citotoxicidad. al producirse otros radicales de O> altamente reactivos mediante la reaccion de Fenton'!*"*”. 179 1.2.- Mecanismo de accion de los radicales libres Ya en 1954, Gerschmann y cols., a raiz de los estudios realizados sobre el dafio inducido por oxigeno. propusieron la denominada “Teoria del radical libre”. hoy ampliamente aceptada, aunque aun persisten muchos aspectos no bien conocidos. Se ha propuesto que bajo condiciones de O» ambiental, existe un balance bioldgico entre la produccion normal de radicales de O2, y la capacidad de defensa antioxidante celular. En este sentido. la produccion de elevadas concentraciones de radicales 0 el fallo de los sistemas de defensa se puede romper ese equilibrio natural''*?. La produccion de radicales libres se realiza en los sistemas bioldgicos, principalmente a través de reacciones de transferencia de e, como las producidas en las cadenas de citocromos de mitocondrias y de reticulo endoplasmatico”™?. Otra via es mediante las oxidasas flavinicas, presentes en elevadas concentraciones principalmente en los peroxisomas. Por otra parte, la xantina oxidasa es una fuente importante de produccion de O; al reducir el citocromo c. Por su amplia localizacion celular se ha sugerido que esta enzima podria jugar un papel importante en el metabolismo celular’?’. Otro grupo de oxidasas., no tan importantes pero que también se hallan implicadas, son la aldehido oxidasa, dihidro-ordtico deshidrogenasa. flavin deshidrogenasa y peroxidasa'’’. Los radicales libres son también producidos por la autooxidacion de ciertos compuestos. como catecolaminas, flavinas y ferredoxinas''~”. Se ha demostrado también que, la actividad fagocitica producida como defensa contra (16) patOgenos. es un proceso de generacion de radicales libres ~“’, donde se presenta una elevada actividad oxidasa asociada a las membranas de células fagociticas'”?, principalmente NADPH oxidasa. que reducen el O27 a O7 im y la sintasa inducible del oxido nitrico’? |!) Todos estos radicales libres producidos durante el metabolismo normal de la célula y. que bajo ciertas condiciones pueden resultar en exceso. atacan a las principales biomoléculas. y como hemos comentado anteriormente. alteran la estructura celular. Sobre las proteinas producen la oxidacidn de los aminoacidos, que conduce a cambios importantes en la macroestructura de las proteinas, dando lugar a cambios fisicos que pueden clasificarse en tres tipos: 1) fragmentacion. debido a la degradacién de componentes del espacio extracelular. 2) agregaciOn. que parece estar constituida por entrecruzamientos de proteinas nativas. mas gue por una union no especifica de fragmentos proteicos, y 3) susceptibilidad a la degradacion (1.3) proteolitica. que aumenta al producirse una alteracion en la conformacion proteica ~’. Ademas. los radicales libres pueden oxidar los grupos sulfidrilos (-SH). presentes en muchas enzimas, causando 180 la inactivacion de éstas. y provocan una inhibicion de la sintesis proteica, impidiendo la incorporacion de los aminoacidos en las cadenas polipeptidicas ribosomales'’*’. Las membranas de células de mamiferos contienen gran cantidad de acidos grasos poliinsaturados. que pueden constituir un blanco de ataque de muchos radicales libres. El ataque de éstos provoca una serie de reacciones en cadena. conocida como peroxidacion lipidica. Puede facilitarse por la presencia de metales redox activos. como el Fe o Cu. Es un proceso de gran importancia ya que puede provocar la fragmentacion de ciertos compuestos. alterar la integracion celular. y ademas. puede extenderse y liberar productos de peroxidacion al espacio extracelular. >) > alterando la permeabilidad vascular y de las membranas celulares'' Aunque no ha sido objeto de grandes estudios. se ha demostrado que los radicales libres pueden actuar oxidando la glucosa y otros monosacaridos relacionados. los cuales a su vez, pueden interactuar con otras moléculas formando. por lo tanto. nuevas estructuras”’. Ademas. también provocan la despolimerizacion de los carbohidratos' S Los radicales libres tienen varios efectos sobre los acidos nucleicos. principalmente el radical OH”. Provocan la hidroxilacion de las bases. el entrecruzamiento de las cadenas. ruptura y escision Is sig Soe ‘") A su vez. el NO’ provoca la nitrosilacion de de las cadenas de ADN, e inhibicion de nucleotidos bases del ADN'"”?. El] ADN mitocondrial es objeto de gran interés por varias razones: 1) las mitocondrias constituyen una de las principales fuentes de radicales libres derivados del O2 y el ADN esta expuesto a niveles elevados de dichos radicales. 2) posee pocos procesos de reparacion de ADN. 5 3) el ADN mitocondrial constituye un blanco preferente de muchos carcinogenos quimicos xenobioticos. Muchos metales pueden estar implicados en ciertas reacciones de formacion de radicales libres. ademas de formar parte también. de ciertas metaloenzimas, entre las que se encuentran las enzimas antioxidantes que actuan como sistema de defensa contra radicales libres. Por tanto. la influencia de estos metales puede resultar de gran importancia, ya que pueden presentar un papel divalente. por un lado favorecer la formacion de radicales libres. y por otro. formar parte del sistema de defensa. Los principales metales relacionados con el oxigeno y el sistema de defensa son el hierro (Fe). cobre (Cu) y selenio (Se). asi como el manganeso (Mn). zinc (Zn). mercurio (Hg) 4 cadmio (Cd)'>!” 2.- Sistema de defensa antioxidante E] sistema de defensa esta constituido por una serie de sustancias que neutralizan los efectos toxicos potenciales de los radicales libres. Son denominad~s como antioxidantes. secuestradores de 18] Observaciones finales La incorporacion de oxigeno molecular a diversas rutas metabolicas celulares supuso un salto evolutivo trascendental para el futuro desarrollo de la célula eucariota. Sin embargo, debido a esa actividad oxidativa. aparecieron en las células nuevas especies quimicas caracterizadas por su alto poder reaccionante: los radicales de oxigeno. Como consecuencia de ello. las células eucariotas han desarrollado complejos sistemas de defensa contra los radicales. El correcto funcionamiento de esos sistemas de defensa es vital para la célula. hasta el punto que su alteracion por defecto genético conduce al establecimiento de graves cuadros patologicos. de los que las mutaciones en las enzimas SOD, CAT o en los transportadores electronicos mitocondriales aportan claros ejemplos. Mencion aparte merece el reciente descubrimiento del radical 6xido nitrico, que ha permitido explicar la generacion del radical hidroxil en situaciones de defensa inmune inespecifica y en ciertos cuadros patologicos relacionados con la isquemia y la hipoxia. | Por ultimo, no cabe duda que los sistemas antioxidantes celulares se deterioran con la edad, por lo que contribuyen decisivamente al proceso de envejecimiento normal y patologico. Por todo ello, consideramos que es imprescindible el estudio de los radicales en el medio celular para el correcto conocimiento de la funcion celular. BIBLIOGRAFIA 1.- MAESTRO R.F. del (1989). An approach to free radicals in medicine and biology. Acta Physiol. Scand. 492: 153-168. 2.- RADI R. (1993). Biological antioxidant defenses. Toxicol. Health 9: 53-62. 3.- YU B.P. (1994). Cellular defenses against damage from reactive oxygen species. Physiol. Rev. 74: 139-162. | 4.- CHEESEMAN K.H.. SLAVER T.F. (1993). 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Se ha sugerido que la SOD ejerce parte de su proteccién antioxidante al inhibir la formacion del ONOO™. ya que los productos de la dismutacion del O2 son menos reactivos y son : , oes : 2:2)) metabolizados por sistemas enzimaticos especificos ~~’. 2.1.1.2.- Catalasa (CAT): Elimina el H2O2-producido en la reaccion de la SOD, catalizando la siguiente reaccion: Se ee ee +Q, Es una hemoproteina de peso molecular 240.000. Se localiza intracelularmente. principalmente en los peroxisomas, aunque se ha detectado su presencia también en microsomas (22) citosol. Contiene Fe (IV) en su centro de reaccidn~~’, por lo que su actividad puede estar : : 23) influenciada por el Fe'~”’. Actua sobre el H»O>. cuando é€ste se encuentra en elevadas concentraciones. Por su mecanismo de accion no presenta saturacion cinética por el H2O2. También parece ser mas efectiva sobre pequenias moléculas. 2.1.1.3.- Glutation peroxidasa (GP): Esta enzima cataliza la misma reaccion que la CAT. pero requiere la presencia de glutation como substrato: 2GSH +H.0,—S°>GSSG +2H:O GSSG +NADPH +H —>2GSH +NADP" Durante esta reaccion el glutation reducido (GSH) se oxida (GSSG), pudiendo reducirse de nuevo. en presencia de NADPH, continuando asi la reaccion por aporte continuo de substrato. -Cataliza también reucciones de detoxificacion. en las que intervienen los hidroperoxidos lipidicos (ROOH) generados en la peroxidacion lipidica, dando Jugar a alcoholes lipidicos (ROH) no tOXICOs: IGSH+ROOH “=> GssG'+ ROH *+H.0 La GP es la peroxidasa mas importante en las células de mamiferos. Tiene un peso molecular de 85.000 d. Se distinguen dos tipos de GP. una independiente de Se. y la otra dependiente de Se en 183 su molécula. que le confiere su actividad catalitica. Se localiza intracelularmente principalmente en el citosol, aunque también, se ha detectado actividad GP en la matriz mitocondrial. Tiene el mismo substrato que la CAT. pero su afinidad es diferente. Parece ser mas efectiva cuando hay bajas concentraciones de H2O3. Se ha sugerido que la GP es mas importante que la CAT debido a su localizacion en el citosol que le proporciona una mayor capacidad de actuacion y a que presenta una mayor afinidad por el H2O2. Ademas,. en ciertos experimentos en los que la CAT permanecia inactiva. el exceso de H2O> pudo ser combatido por la GP. sin embargo. al inactivar la GP. la CAT no presento esa capacidad elevada de detoxificacion”””, Estas tres enzimas presentan también. un efecto de proteccion entre ellas. ya que el H2O> inactiva el funcionamiento de la SOD. actuando la CAT y la GP. De forma similar, el radical O. inhibe las actividades CAT y GP, favoreciendo la actuacién de la SOD”. 2.1.2.- Antioxidantes no enzimaticos: Vitamina E: es el antioxidante mas ampliamente distribuido en la_ naturaleza. Intracelularmente se encuentra asociado a membranas ricas en lipidos. El «-tocoferol es el mas conocido. Por su propiedad lipofilica es el principal terminador de la cadena de radicales libres. por tanto. es altamente efectivo contra la peroxidacion lipidica’*>?. Acido ascorbico: 0 vitamina C. Reacciona directamente con los radicales O01 y OH". y varios hidroperoxidos lipidicos. Su principal funcion es la de proteger contra la peroxidacion lipidica. Otra de sus funciones es la de reciclar el radical de vitamina E. cuando ésta haya sido oxidada. La interaccion entre ambas vitaminas tiene lugar en la interfase hidrofilica e hidrofébica. ya que el a- tocoferol se encuentra en la bicapa li*‘dica y el acido ascorbico en la fase acuosa. » A pH fisiologico la forma predominante es el anion ascorbato (AH) que por oxidacion da lugar al acido dehidroascorbico (DHA). a través de una forma intermedia que es el radical ascorbil (A). A Sak See DA Posee una actividad dual actuando como antioxidante y como _ prooxidante. Como antioxidante. ejerce un efecto moderado cuando actua por si solo, mientras que al actuar con la \itamina E aumenta de forma sinergistica la actividad antioxidante de la vitamina E: ROO-+- Vit. E => ROOR-4 ML EB Vit E > AH. Vit, E24, Ademas presenta un efecto similar al de la catalasa metabolizando el H2O2. aunque no tan eficaz. Puede actuar como prooxidante. cuando se encuentra en elevadas concentraciones y en 184 presencia de metales de transicion Fe o Cu’. generando cofactores de radicales de oxigeno activados durante la promocion de la peroxidacion lipidica. Esta aparente dicotomia en la funcion del acido ascorbico, parece estar regulada por su concentracion y localizacién subcelular, ampliamente distribuida en fluidos intra jy extracelulares'*>’. Carotenoides: protegen de la peroxidacion lipidica. reaccionando con los radicales libres. especialmente con el oxigeno singlete. E] B-caroteno es el mas importante. Funciona como anti ) prooxidante. A bajas presiones parciales de O2. presenta una gran actividad secuestradora de radicales. mientras que a elevadas presiones parciales de Ox, actua como prooxidante con actividad autocatalitica'”>’. Glutation: tripéptido cuya estructura es: y-glutamil-cisteina-glicina. Es el tiol de bajo peso molecular mas abundante de todos los sistemas celulares de mamiferos. Se caracteriza por su grupo tiol reactivo y su enlace y-glutamil que le confieren resistencia al ataque de peptidasas. Juega un papel importante en varios procesos de detoxificacion. Interacciona con numerosos compuestos electrofilicos y oxidantes como H20>. Ox OH” y radicales de carbono. Esta asociado a la glutation peroxidasa actuando como substrato de esta enzima. Se ha sugerido la inhibicion de la peroxidacion lipidica de membranas mediante un factor dependiente del glutation y la participacion de cantidades cataliticas de vitamina: ee eR it Eo Vit Et GS. 2GS'—— GSSH —NABPH .9GSH +NADP La glutation reductasa regener? el GSH consumido. Otro grupo de enzimas que on al glutation como cofactor son las glutation S-transferasas, implicadas en la neutralizacion de radicales libres"). Acido urico: su accion antioxidante no esta bien definida. Se sugiere que puede actuar preservando el ascorbato del plasma. probablemente al formar complejos con los metales de transicion como Fe y Cu. Inhibe la xantina oxidasa circulante en la sangre y atenuando la produccion de Or y H2O> intravascular. También parece estar relacionada con la activacion de la sintesis de prostaglandinas iniciada por el araquidonato. Es importante en los humanos. ya que es un producto final del metabolismo de la urea, acumulandose extracelularmente donde jugara su papel antioxidante’"*?, Ubiquinol-10: 0 coenzima Q-10. Se encuentra en diferentes biomembranas, principalmente en la membrana mitocondrial interna. donde funciona como transportador de electrones en la cadena respiratoria. Tras la oxidacién de un e el ubiquinol-10 se convierte en ubisemiquinona. que se reduce nuevamente mediante la cadena transportadora de electrones. Actua como terminador de las reacciones oxidativas en cadena’. Proteinas plasmaticas: son principalmente la albumina. transferrina y ceruloplasmina’’. La albumina posee la capacidad de captar el cobre evitando que dicho metal se encuentre libre en el plasma. La transferrina es una glicoproteina plasmatica que actua como el principal medio de transferencia del hierro. A pH acido se favorece la liberacion de Fe, que a su vez puede ser captado por otros compuestos quelantes como la ferritina que lo almacena como Fe. Aunque no bien estudiado. se considera que la transferrina puede actuar como antioxidante. cuando esta parcialmente saturada de Fe. previniendo la peroxidacion lipidica ya que al capturar el Fe libre evita que la reaccion de Fenton se lleve a cabo. Sin embargo, cuando se encuentra completamente saturada. puede actuar como prooxidante liberando Fe al plasma y. consecuentemente provocando el aumento de la reaccidn de Fenton. en condiciones de pH fisiologico y ausencia de compuesto quelador de Fe. La ceruloplasmina es otra glicoproteina plasmatica que, en condiciones fisioldgicas. puede unirse a 6 6 7 iones de Cu por molécula. Juega un papel importante como antioxidante realizando su actividad en tres fases. Tiene la capacidad de unirse al Cu, que es un potente prooxidante. disminuyendo asi la oxidacion. Se ha sugerido que podria funcionar como = 3+ ferroxidasa catalizando la oxidacion de Fe” a Fe”. actividad requerida para la union de este Fe*” a la transferrina y apoferritina. Parece ser capaz de atrapar el radical O27, aunque con una actividad mas débil que la SOD. podria ser importante en el compartimiento extracelular. Bilirrubina: aunque no bien conocido. parece actuar rompiendo las reacciones en cadena de la peroxidacion lipidica’”’. 2.2.- Sistemas de defensa secundarios Enzimas lipoliticas: son las responsables de la reconstruccién de los constituyentes de membranas danados o alterados. Su funcion podria ser la de mantener la integridad de las membranas y proporcionar un medio para regular la recuperacion de lipidos de membrana. siendo las fosfolipasas las principales representantes". Enzimas proteoliticas: pueden actuar degradando las proteinas alteradas por oxidacion. Eliminan las moléculas dafiadas o las reparan. evitando su acumulacion. Se ha observado un incremento de la actividad proteolitica tras la exposicion a radicales libres. lo que apoya la hipotesis de defensa de estas enzimas'”’. 186 radicales libres. terminadores de cadenas de reacciOn o reductores. Son tan diversos como los propios radicales libres. Generalmente. en condiciones normales. existe un equilibrio entre los radicales libres producidos y las defensas celulares, de forma que. el posible dano ocasionado por los radicales libres queda controlado. Sin embargo. cobran gran importancia en procesos de produccion elevada de radicales. ya que son los responsables de hacer frente al consecuente efecto citotoxico. Tradicionalmente. se ha designado al sistema de defensa como defensas primarias y secundarias. El sistema de defensa primario interacciona con los radicales libres generados directamente por la reduccidn del O2. El sistema de defensa secundario actua sobre radicales producidos por reacciones y procesos secundarios. e incluye los sistemas de reparacion'*>'*) 2.1.- Sistemas de defensa primarios Son muchas las biomoléculas que pueden reaccionar con los radicales, principalmente con el OH’. Para ser un eficiente secuestrador de radicales in vivo, estas moléculas deben presentar las siguientes caracteristicas: 1) reaccionar con una tasa controlada de difusidn con el OH", 2) existir en concentraciones mas elevadas que las moléculas diana. 3) estar en el sitio(s) de generacion de los radicales. y 4) después de reaccionar con los radicales, generar productos secundarios no toxicos~’. 2.1.1.- Enzimas antioxidantes: 2.1.1.1.- Superéxido dismutasa (SOD): Su principal funcion. descubierta por McCord y Fridovich en 1969''"'. es catalizar la = box : ob : 4 ; ean : ie ‘ dismutacion del radical O2. que tiene lugar 10° veces mas rapida que la dismutaciOn espontanea. O; +O; + 2H’ S92 +H,0, +O; Las células de mamiferos contienen 3 tipos de sop: 1) Cu,Zn-SOD: se encuentra en el citosol celular. Tiene un peso molecular de 32.500 d. y es un homodimero. Contiene Cu y Zn en su centro activo. E] Cu parece ser esencial para su funcion catalitica. es reducido de Cu (II) a Cu (I), para ser posteriormente reoxidado. El Zn (II) no cambia de valencia y parece contribuir a la estabilidad estructural de la enzima. 2) Mn-SOD: se encuentra también en células eucariotas. localizada en la matriz de las mitocondrias. Es un homotetramero de peso molecular aproximadamente 95.000. Presenta Mn (III) en Su centro activo. el cual es reducido y oxidado en un ciclo redox. Es la encargada de eliminar la liberacion de Or durante la transferencia de e mitocondrial. Este ttpo de SOD se encuentra también en células procariotas, y se ha demostrado la existencia de secuencias homologas de aminoacidos. entre la Mn-SOD bacteriana y mitocondrial'”’. 187 7.- WAGNER J.R.. MOTCHNIK P.A.. 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(dle Vt pie ee le a6 Mid: A ws CcAcD EMA CA Actividades de la Academia Las actividades de esta Institucion realizadas durante el afo 1997 siguieron una pauta analoga a-las desarrolladas en los afios precedentes: una solemne sesion de apertura de curso, la difusion y promocion del conocimiento cientifico a través de una serie de actuaciones puntuales y la edicion del volumen VIII de la Revista de la Academia en la que se recogen una serie de articulos de investigacion en las diferentes ramas cientificas que configuran las Secciones de la misma; y por otra parte, la resolucion de la convocatoria del Premio de la Academia para 1996 y otros trabajos de orden interno. De todo ello, se da cumplida noticia a continuacion: La sesion de apertura del curso se programo para el mes de Febrero. Con objeto de impartir la leccion inaugural, se invito al Profesor Dr. D. Manuel Valdivia Urefa, prestigioso Catedratico de la Universidad de Valencia, Director del Departamento de Analisis Matematico de dicha Universidad y Miembro de Numero de la Real Academia Espafiola de Ciencias Exactas, Fisicas y Naturales. Desgraciadamente, por causas imprevistas hubo de suspenderse para el dia anunciado el acto programado. La leccion del Profesor Valdivia sera dictada proximamente. En su labor de facilitar el impulso del conocimiento cientifico en nuestro archipielago, la Academia proyramo diversos actos culturales de los que sclesciblindios principalmente una serie de conferencias, la mayoria de ellas impartidas en la ciudad de La Laguna y otras varias en la de Las Palmas de Gran Canaria. Asi, el dia 17 de Junio, el Profesor Titular de Fisica de la Universidad de La Laguna y Premio de Investigacion de la Academia de 1996, Dr. D. Juan Gonzalo Muga Francisco, pronuncio una interesante conferencia titulada "Mecanica cuantica en una dimension", la cual se publica en el anunciado volumen VIII de nuestra Revista. En la segunda de las ciudades antes citadas, | los Académicos Numerarios Dres. D. Angel Gutiérrez Navarro y D. José Regidor Garcia, catedraticos de Microbiologia de la Universidad de La Laguna y de Biologia Celular de la de Las Palmas, respectivamente, pronunciaron sendas conferencias sobre "VIH: El desafio continua" y "Biologia y Etica en el siglo XXI". Los actos tuvieron lugar el dia 24 de Junio en el Salon de Actos de la Casa de Colon de Las Palmas, conforme al acuerdo alcanzado con el Excmo. Cabildo Insular de Gran Canaria. Asimismo en La’ Laguna, el dia 3 de Octubre de 1997 y en colaboracion con el Departamento de Matematica Fundamental de la Universidad, el Dr. Lieven Vanhecke, Profesor de la Universidad Catdlica belga de Lovaina pronuncio la conferencia "Aspectos de la homogeneidad". También en el Salon de Actos del Consejo Consultivo de Canarias, amablemente cedido por su Presidente, el dia 23 de Octubre el catedratico de Bioquimica de la Facultad de Biologia de la Universidad de La Laguna, Profesor D. Enrique Meléndez Hevia, diserto sobre el tema "Disefio del metabolismo y Filogenia". La siguiente conferencia (el 20 de Noviembre) fue pronunciada en el mismo Salon por el catedratico de Ingenieria Quimica de la Universidad de La Laguna y Director de la UN.E.D. en Tenerife, Dr. D. Federico Diaz Rodriguez, quien expuso una leccion titulada "Algunas reflexiones sobre los Ooxidos de nitrogeno". Por ultimo y en el Salon de Actos de la Facultad de Ciencias Quimicas de La Laguna, el dia 5 de Diciembre el Profesor Dr. D. Ivano Bertini de la Universidad de Florencia (Italia) desarrollo el tema "La reacttivita delle proteine continenti il grupo eme". Las actuaciones programadas en esta linea terminaron con dos conferencias pronunciadas en el Salon de Actes de la Casa de Colon, en Las Palmas de Gran Canaria, por los Académicos Numerarios Dres. D. Manuel Vazquez Abeledo y D. Roberto Moreno Diaz, tituladas "El Sol y el cambio climatico" y "Origen y evolucion de la Cibernética", respectivamente. Estos actos. que se pensaba fueran desarrollados para los dias 25 y 26 de Noviembre proximo pasado, no pudieron llevarse a cabo en las fechas previstas, si bien se realizaron con posterioridad. 194 Oportunamente, hizo su aparicion el volumen VIII de la revista de la Academia. Se compone de dos fasciculos. Uno de ellos, dedicado exclusivamente a la disciplina de Matematicas, consta de 204 paginas conteniendo doce articulos de investigacion y una extensa y rigurosa resefia sobre la vida del gran matematico francés Jules Henri Poincaré, incluido en la Seccion de Historia y Filosofia de la Ciencia. En el segundo, con 238 paginas, aparece un articulo en la Seccion de Fisica, otro en la de Quimica y nueve en la correspondiente a Biologia. Tanto en uno como en otro fasciculo, se incluye un texto relacionado con el apartado Vida Académica. En el mismo se da cuenta de todo cuanto atafie a la actividad interna de nuestra Institucion. Es interesante sefialar que en este afio de 1997 se ha mejorado notablemente la difusion de la Revista. Ha sido enviada a un gran numero de entidades nacionales y extranjeras aparte, claro esta, de a las de las Islas Canarias. Practicamente, ha sido distribuida casi toda la edicion. El Premio de la Academia correspondiente al afio 1996 fue adjudicado por el Jurado nombrado al efecto, al trabajo presentado con el lema Colisiones cuanticas en una dimension. Abierta la plica correspondiente, result ser su autor el Profesor Titular del Departamento de Fisica Fundamental de la Universidad de La Laguna, Dr. D. Juan Gonzalo Muga, que ya hemos citado anteriormente. Se le hizo entrega del Diploma acreditativo de la concesiOn en una solemne sesiOn académica celebrada al efecto el dia 17 de Junio del afio que comentamos. Entre otras actividades que tuvieron lugar en este periodo, indicamos que en el mes de Febrero se convoco la Junta General Ordinaria. En ella se trataron los asuntos propios de esta reunion: presentacion de la Memoria correspondiente a lo realizado el afio anterior, cuenta de gastos e ingresos, presupuesto, Premio de la Academia y otros asuntos. Asimismo, se procedio a la reglamentaria renovacion de la Junta de Gobierno, que quedo constituida como sigue: 195 Presidente’ Dr. D. Nacere Hayek Calil Vicepresidente: Dr.D. Roberto Moreno Diaz Secretario: Dr. D. José Luis Breton Funes Vicesecretario: Dr. D. Angel Gutiérrez Navarro Tesorero: Dr. D. Agustin Arévalo Medina Vocal (Matematicas): Dr. D. José Manuel Méndez Pérez Vocal (Fisica): Dr. D. Manuel Vazquez Abeledo Vocal (Quimica): Dr. D. Alfredo Mederos Pérez Vocal (Biologia): Dr. D. Bonifacio Nicolas Diaz Chico La Junta de Gobierno se reunié tres veces a lo largo del ano. De los temas tratados destacan el debate sostenido acerca de la modificacion de las Bases para la adjudicacion del Premio de la Academia, habida cuenta que no se habia conseguido todo el impacto cientifico que se pretendia. Quizas, este inconveniente fuera propiciado por una insuficiente informacion. También se tratO extensamente sobre los problemas derivados de la falta de un local social adecuado a las necesidades de la Academia. Las optimistas previsiones que se refleyaron en la Memoria del pasado afio, no han tenido lamentablemente una confirmacion practica. Parece ser que el previsto edificio que iba destinado para la Academia, se pretende sea dedicado a actividades puramente administrativas de la Alcaldia de Santa Cruz de Tenerife. Por ultimo, en cuanto a la concesion del Premio, se acord6 no convocarlo para el afio que comentamos y reanudar su convocatoria para 1998. Conforme al turno de rotacidn de Secciones, sometido a sorteo, ha correspondido a la disciplina de Matematicas. 196 NORMAS PARA LA REDACCION Y ENVIO DE ORIGINALES 1. GENERALES 1.1. La Revista de la Academia Canaria de Clencias publica artfculos de investigaci6n que sean inéditos, sobre temas de Matematicas, Fisica, Quimica y Biologia. La Revista acepta también trabajos sobre " Historia y Filosofia de la Ciencia ", especialmente referidos a las materias citadas, si bien en esta Secci6n solo aparecera un maximo de dos trabajos en cada uno de los numero que se publiquen. 1.2. Dado que la~Revista utiliza el sistema offset de edicion, empleando como original el que facilitan los autores, se aconseja a éstos el maximo cuidado en su confecci6n, usando una maquina eléctrica con cinta plastica negra o cualquier sistema de tratamiento de texto con impresora laser, sobre pape! blanco de buena calidad tamafio DIN A-4. 1.3. El texto de cada trabajo, redactado en espafol o en inglés (o bien en cualquier otro idioma a juicio del Comité Editorial), no debera exceder de 16 paginas, aunque se recomienda una extensidn de 6 a 10 paginas como promedio. El limite maximo para los destinados a la Seccién de Historia y Filosofia de la Ciencia es el de 25 paginas. Se entienden, tanto en un caso como en e! otro, incluidas Notas, Bibliografia y Tablas. 1.4. El envio de cualquier original (cuyas hojas deberan ser numeradas con lapiz en el margen superior izquierdo), ha de ir acompafiado de una copia, y se dirigira a: Director-Editor Profesor N. Hayek Revista de la Academia Canaria de Ciencias Facultad de Matematicas Universidad de La Laguna Tenerife, Islas Canarias (Espafia) 2. PRESENTACION DEL TRABAJO 2.1. La caja 0 espacio ocupado por el texto en cada pagina, ha de tener unas dimensiones de 17 cm de ancho por 25 cm de largo, dejando margenes de 2 cm a cada lado y a 2 cm del borde superior de la pagina. 2.2. Se escribira a doble espacio entre lfneas. 2.3. La pagina de introduccién debe comenzarse a 5 cm del borde superior de la misma y ha de incluir los siguientes datos: Titulo del trabajo (en letras mayusculas centrado); Autor (inicial del nombre y apellido del autcr, y lo mismo caso de ser varios los autores); Centro donde se ha realizado, con direccion postal; Abstract en inglés (con una extension maxima de 150 palabras) y Resumen en espafiol (con tope de igual extension); Key words o Palabras clave. 2.4. El comienzo de los parrafos tendra una sangria de cinco espacios. 2.5. Los encabezamientos de cada seccion (INTRODUCCION, PARTE EXPERIMENTAL, RESULTADOS,:-DISCUSION, etc ...) numerados correlativamente, seran escritos con letras MAYUSCULAS sin subrayado y centrado en e! texto. Los encabezamientos de subapartados o subsecciones, numerados en la forma 1.1, 1.2, ..., 2.1, 2.2, .., se escribiran con letras minusculas subrayadas al margen izquierdo. 197 2.6. Las notas o llamadas, escritas con letra mds pequefia(*) y con un espacio entre lineas, figuraran a pié de pagina, precedidas de un indicativo, por ejemplo, (*), (22); ete .:: 2.7. Las referencias bibliograficas, intercaladas en 21 texto, contendran los nombres de sus autores seguidos de un corchete de la torma [ ], en el que figurara el numero correspondiente de la Bibliograffa; por ejemplo, G. CANTERO [23] 6 sdlo apellido, CANTERO [23]. A veces (y esto se deja a criterio del autor), el texto quizas requiera poner simplemente sdlo el numero de la bibliograffa, o sea [23], sin citar autor. 2.8. Las Tablas han de numerarse con numeros romanos. Las figuras y dibujos (en tinta china) o fotograffas (en blanco y negro y papel brillante) deberan ser numeradas consecutivamente y con numeros arabigos. Los Apéndices (si los hay), se incluiran al final del texto, antes de la Bibliografia. 2.9. BIBLIOGRAFIA: Toda la bibliografia debe ser escrita por orden alfabético de apellidos (por ejemplo, DAVIS, E.G.; GONZALEZ, E. Y PEREZ, J.; MANRIQUE, S.; ...). Las referencias bibliograficas de artfculos deberdn contener: autor (en mayusculas), afio de publicacién, revista, volumen y paginas; por ejemplo, WATSON, G.N. (1948), J. Diff. Geom., 3, 141-149. En caso de libros ha de incluirse: autor (en maytsculas), afio de publicacién, t{tulo (a ser posible, en cursivas o itdlicas), editorial y lugar de publicaci6én; por ejemplo, ELLIS, A.J. and MAHON, W.A.J. (1977), Chemistry and Geothermal Systems, Academic Press, London. 2.10. AGRADECIMIENTOS: centrado y texto a un espacio. 2.11. Se recomienda a los autores que tengan en cuenta ios Reglamentos Internacionales de Nomenclatura para cada materia de las citadas en el apartado 1.1, asi como los usos_ internacionales referentes a _ simbolos, unidades y abreviaturas. 3. NOTAS FINALES 3.1. Los articulos seran sometidos a estudio por el Comité Editorial el cual, asesorado por expertos, decidira si procede o no a su _ publicacién, o bien propondra a los autores que hagan las modificaciones convenientes. 3.2. Por cada trabajo publicado, se entregaran al autor o autores, un total de 30 separatas. 3.3. El texto, incluidas figuras, tablas, diagramas, etc .... de un trabajo publicado en la Revista de la Academia Canaria de Ciencias no podra ser reproducido sin permiso de la Academia Canaria de Ciencias. Nacere Hayek Director-Editor (*) Por ejemplo, Courier de paso 12. 198 INSTRUCTIONS TO AUTHORS 1. GENERALS 1.1. The Revista de la Academia Canaria de Ciencias publishes unedited research works in Mathematics, Physics, Chemistry and Biology themes. The Journal also accepts papers about "History and Philosophy of the Science", specially referred to the aforementioned subjects, though this Section will not publish more than two works in each number. 1.2. The Journal makes use of offset edition system, employing like original the one sent by the author; it is advised to write up the articles with too much care, using electric typewriter with black plastic ribbon or whatever text processing system with laser printing on good quality white paper at DIN A-4 size. 1.3. The text of each paper, writter. either in Spanish or English language or whatever one, allowed by Editor Committee, will have no more than sixteen pages, though it is recommended not to exceed six to ten pages. The limit of pages for the History and Philosophy of the Sciences Section is twenty-five ones.In both cases this includes Notes, Bibliography and Tables. 1.4. The sending of all originals (which pages have to be numbered with pencil on the left upper corner), should be enclosed with a copy and be sent to: Director-Editor Profesor N. Hayek Revista de la Academia Canaria de Ciencias Facultad de Matematicas Universidad de La Laguna Tenerife, Canary Islands (Spain) 2. PRESENTATION OF THE WORK 2.1. The text layout in each page, has to have the following dimensions: 17 cm in width, 25 cm in length, 2 cm in each margin and 2 cm from the upper edge. 2.2. It will be written in double-spaced. 2.3. The introduction page has to begin 5 cm from the upper edge with the following information: Tittle (centered capital letters): Author (first name initials and surname, the same in the case of several authors); Institution where it was maked with postal address; Abstract written in English (at most 1SO words) and a Spanish Summary (with the same extension); Key words. 2.4. Each paragraph will have a 5 spaces indentation. 2.5. The correctly numbered headlines of each Section (INTRODUCTION, EXPERIMENTAL PART, RESULTS, DISCUSSION, etc, ...) should be written in CAPITALS not underlined and centered. The subheadings and_ subsections headlines, numbered like 1.1, 1.2, ..., 2.1, 2.2, .... will be written in underlined lower-case letters at the left margin. 2.6. The annotates, written in smaller letters(*) and one space between lines, will appear at foot of the page, preceded by an indicative, for (*) For example, Courier 12. 199 example, (*), (**), etc. 2.7. The bibliography cross-references in the text, will contain the authors names and surnames followed by brackets like this [ ], with its respective number; for example G. CANTERO [23] or only the surname CANTERO [23]. It is possible, if the text requires it and the author desires it, to write only the number without the author name like [23]. 2.8. The Tables have to be numbered in Roman numbers. The figures and drawings (in black ink) or photographs (in shining black and white paper) have to be consecutive numbered in Arabic. The Appendixes (if they were) will be included at the end of the text, before Bibliography. 2.9. BIBLIOGRAPHY: Bibliography has to be written in surname alphabetic order (for example, DAVIS, E. G.; GONZALEZ, E. and MANRIQUE, S.; ...). The articles bibliographic references have to contain: author (in capitals), publication year, Journal, volume and pages; for example, WATSON, G. N. (1948), J. Diff. Geom., 3, .141-149.-. When it. is -in. books, it has to, contain: “Author afin capitals), publication year, Tittle (in Italics if it is possible),publishing house and publication place; for example, ELLIS, A. J. and MAHON, W. A. J, (1977), Chemistry and Geothermal Systems, Academic Press, London. 2.10. ACKNOWLEDGEMENTS: centered and one-spaced. 2.11. It is recommended the authors followed Nomenclature International Rules for each aforementioned subject in 1.1, as well as the international uses relative to symbols, units and abbreviations. 3. FINAL NOTES 3.1. The articles will be submitted for consideration by Editor Committee that, advised by referees, will decide if the publication proceeds or not, or it will be proposed the author for making appropriate modifications. 3.2. The author (or authcrs) receive a total of 30 free reprints. 3.3. Working texts, included figures, tables, diagrams, etc., published in Revista de la Academia Canaria de Ciencias must not be Penne tees without Academia Canaria de Ciencias license. Nacere Hayek Director-Editor 200 REVISTA DE LA ACADEMIA CANARIA DE CIENCIAS Folia Canariensis Academiae Scientiarum Volumen IX - Nums. 2-3-4 (1997) © INDICE | Pags. IE RE TON 6 yr ge ee 5 SECCION FISICA M. ALEMAN FLORES, F.A. QUESADA ARENCIBIA, A. DIAZ-URRESTARAZU Y R. I EL Re ep I A Se 9 SECCION QUIMICA F. DIAZ RODRIGUEZ. Reflexiones sobre los oxidos de nitrogeno. El caso especial del ee ke Eee ge we es ee 19 SECCION BIOLOGIA A.R. DIAZ-MARRERO, A.M. GUTIERREZ NAVARRO y J. CORZO. Comportamiento del exopolisacarido acido de BRADYRHIZOBIUM (CHAMAECYTISUS) BGA-1 en enn CCM MOlCEWiar Fw ee he ee 55 E. MELENDEZ-HEVIA, R.R. RAPOSO, R. MELENDEZ y H. CABEZAS. Revision de los métedos filogenéticos de sequencias: una critica a la teoria de Kimura sobre el neutralismo EE Ge ee ee 65 R. BARONE. Observaciones de aves migratorias en el archipiélago de Cabo Verde, I Pe Saag ets ces sk we ee 87 J.D. DELGADO y J. NUNEZ. Organizacion de microcomunidades de poliquetos epibiontes: mettre del algacomo determinante ..........:....--2..-2520-- 97 J. ORTEA y L. MORO. Redescripcion y nueva posiciOn sistematica de Phidiana longicirrha ELIOT, 1906 (MOLLUSCA: NUDIBRANCHIA: AEOLIDACEA) ...... 107 L. MORO, J. ORTEA y J.J. BACALLADO. Primera cita de 7rapania luquei ORTEA, 1989 (MOLLUSCA: NUDIBRANCHIA) para las IslasCanarias ............2.2.2... 119 F. HERNANDEZ, S. JIMENEZ y J.C. SILVA. Zooplancton de Fuerteventura (Canarias) . . 125 J. ORTEA, L. MORO y J. ESPINOSA. Nuevos datos sobre el género = RISSO, 1818 (OPISTHOBRANCHIA: SACOGLOSSA) enel Atlantico ............2..2... 141 SECCION REVISIONES A.M. GUTIERREZ NAVARRO. VIH: El desafiocontinia .......~.... 159 P. LECUONA y J. REGIDOR. Radicales libres: Una revision de su papel en la biologia de la I in gs Se eke hi a ee 173 VIDA ACADEMICA I ede ee gO a Eek hee Se 193 NORMAS PARA LA REDACCION Y ENVIO DE ORIGINALES............. 197 SOUNDS 0 200 I tr Os He etek SS ee ee ee 201 porter: 7¥ {—~ et e yo ’ “ve 9 aes ¥ 2 ion! = = _ ¢ ® Ca - ; wrostt ; ear [su 4 @ A « 4 4 5 =2y ; : -> 4 A ‘ iW : 14 e pal} f & q tats > sah beeen’ emis by aes sae —- at hl haa a AAI ET2ILEAD) AOE, acts ores IALIADAM Le Aaa verre r te ‘n Rah a iis “at VIN BAG AA > , ars bey z Arges: | e an Agta, maitAT ZEA EAI 2 AURA EQUTEE - ; 14a Many ever a: errtshents 4 , iy CARA YAM SA ‘rz ws ot > rant! cpl! ate dad ATE ix igav KE AKO Bo Otv43 ¥ HOON: cs - 28HTA OF 2G Wry LAT Actividades de la Academia Las actividades de esta Institucion realizadas durante el ano 1997 siguieron una pauta analoga a-las desarrolladas en los afios precedentes: una solemne sesion de apertura de curso, la difusion y promocion del conocimiento cientifico a través de una serie de actuaciones puntuales y la edicion del volumen VIII de la Revista de la Academia en la que se recogen una serie de articulos de investigacion en las diferentes ramas cientificas que configuran las Secciones de la misma; y por otra parte, la resolucion de la convocatoria del Premio de la Academia para 1996 y otros trabajos de orden interno. De todo ello, se da cumplida noticia a continuacion: La sesion de apertura del curso se programo para el mes de Febrero. Con objeto de impartir la leccion inaugural, se invito al Profesor Dr. D. Manuel Valdivia Urefia, prestigioso Catedratico de la Universidad de Valencia, Director del Departamento de Analisis Matematico de dicha Universidad y Miembro de Numero de la Real Academia Espafiola de Ciencias Exactas, Fisicas y Naturales. Desgraciadamente, por causas imprevistas hubo de suspenderse para el dia anunciado el acto programado. La leccion del Profesor Valdivia sera dictada proximamente. En su labor de facilitar el impulso del conocimiento cientifico en nuestro archipiélago, la Academia proyramo diversos actos culturales de los que scletcionamos principalmente una serie de conferencias, la mayoria de ellas impartidas en la ciudad de La Laguna y otras varias en la de Las Palmas de Gran Canaria. Asi, el dia 17 de Junio, el Profesor Titular de Fisica de la Universidad de La Laguna y Premio de Investigacion de la Academia de 1996, Dr. D. Juan Gonzalo Muga Francisco, pronuncio una interesante conferencia titulada "Mecanica cuantica en una dimension", la cual se publica en el anunciado volumen VIII de nuestra Revista. En la segunda de las ciudades antes citadas, | los Académicos Numerarios Dres. D. Angel Gutiérrez Navarro y D. José Regidor Garcia, catedraticos de Microbiologia de la Universidad de La Laguna y de Biologia Celular de la de Las Palmas, respectivamente, pronunciaron sendas conferencias sobre "VIH: El desafio continua" y "Biologia y Etica en el siglo XXI". Los actos tuvieron lugar el dia 24 de Junio en el Salon de Actos de la Casa de Colon de Las Palmas, conforme al acuerdo alcanzado con el Excmo. Cabildo Insular de Gran Canaria. Asimismo en La’ Laguna, el dia 3 de Octubre de 1997 y en colaboracion con el Departamento de Matematica Fundamental de la Universidad, el Dr. Lieven Vanhecke, Profesor de la Universidad Catolica belga de Lovaina pronuncio la conferencia "Aspectos de la homogeneidad". También en el Salon de Actos del Consejo Consultivo de Canarias, amablemente cedido por su Presidente, el dia 23 de Octubre el catedratico de Bioquimica de la Facultad de Biologia de la Universidad de La Laguna, Profesor D. Enrique Meléndez Hevia, disertO sobre el tema "Disefio del metabolismo y Filogenia". La siguiente conferencia (el 20 de Noviembre) fue pronunciada en el mismo Salon por el catedratico de Ingenieria Quimica de la Universidad de La Laguna y Director de la U.N.E.D. en Tenerife, Dr. D. Federico Diaz Rodriguez, quien expuso una leccion titulada "Algunas reflexiones sobre los oxidos de nitrogeno". Por ultimo y en el Salon de Actos de la Facultad de Ciencias Quimicas de La Laguna, el dia 5 de Diciembre el Profesor Dr. D. Ivano Bertini de la Universidad de Florencia (Italia) desarrollo el tema "La reacttivita delle proteine continenti il grupo eme". Las actuaciones programadas en esta linea terminaron con dos conferencias pronunciadas en el Salon de Actos de la Casa de Colon, en Las Palmas de Gran Canaria, por los Académicos Numerarios Dres. D. Manuel Vazquez Abeledo y D. Roberto Moreno Diaz, tituladas "El Sol y el cambio climatico" y "Origen y evolucion de la Cibernética", respectivamente. Estos actos. que se pensaba fueran desarrollados para los dias 25 y 26 de Noviembre proximo pasado, no pudieron llevarse a cabo en las fechas previstas, si bien se realizaron con posterioridad. 194 Oportunamente, hizo su aparicion el volumen VIII de la revista de la Academia. Se compone de dos fasciculos. Uno de ellos, dedicado exclusivamente a la disciplina de Matemiaticas, consta de 204 paginas conteniendo doce articulos de investigacion y una extensa y rigurosa resefia sobre la vida del gran matematico francés Jules Henri Poincaré, incluido en la Seccion de Historia y Filosofia de la Ciencia. En el segundo, con 238 paginas, aparece un articulo en la Seccion de Fisica, otro en la de Quimica y nueve en la correspondiente a Biologia. Tanto en uno como en otro fasciculo, se incluye un texto relacionado con el apartado Vida Académica. En el mismo se da cuenta de todo cuanto atafie a la actividad interna de nuestra Institucion. Es interesante sefialar que en este afio de 1997 se ha mejorado notablemente la difusion de la Revista. Ha sido enviada a un gran numero de entidades nacionales y extranjeras aparte, claro esta, de a las de las Islas Canarias. Practicamente, ha sido distribuida casi toda la edicion. El Premio de la Academia correspondiente al afio 1996 fue adjudicado por el Jurado nombrado al efecto, al trabajo presentado con el lema Colisiones cuanticas en una dimension. Abierta la plica correspondiente, resulto ser su autor el Profesor Titular del Departamento de Fisica Fundamental de la Universidad de La Laguna, Dr. D. Juan Gonzalo Muga, que ya hemos citado anteriormente. Se le hizo entrega del Diploma acreditativo de la concesion en una solemne sesion académica celebrada al efecto el dia 17 de Junio del afo que comentamos. Entre otras actividades que tuvieron lugar en este periodo, indicamos que en el mes de Febrero se convoco la Junta General Ordinaria. En ella se trataron los asuntos propios de esta reunion: presentacion de la Memoria correspondiente a lo realizado el afio anterior, cuenta de gastos e ingresos, presupuesto, Premio de la Academia y otros asuntos. Asimismo, se procedio a la reglamentaria renovacion de la Junta de Gobierno, que quedo constituida como sigue: 195 Presidente’ Dr. D. Nacere Hayek Calil Vicepresidente: Dr.D. Roberto Moreno Diaz Secretario: Dr. D. José Luis Breton Funes Vicesecretario: Dr. D. Angel Gutiérrez Navarro Tesorero: Dr. D. Agustin Arévalo Medina Vocal (Matematicas): Dr. D. José Manuel Méndez Pérez Vocal (Fisica): Dr. D. Maauel Vazquez Abeledo Vocal (Quimica): Dr. D. Alfredo Mederos Pérez Vocal (Biologia): Dr. D. Bonifacio Nicolas Diaz Chico La Junta de Gobierno se reunio tres veces a lo largo del afio. De los temas tratados destacan el debate sostenido acerca de la modificacion de las Bases para la adjudicacion del Premio de la Academia, habida cuenta que no se habia conseguido todo el impacto cientifico que se pretendia. Quizas, este inconveniente fuera propiciado por una insuficiente informacion. También se tratO extensamente sobre los problemas derivados de la falta de un local social adecuado a las necesidades de la Academia. Las optimistas previsiones que se reflejaron en la Memoria del pasado afio, no han tenido lamentablemente una confirmacion practica. Parece ser que el previsto edificio que iba destinado para la Academia, se pretende sea dedicado a actividades puramente administrativas de la Alcaldia de Santa Cruz de Tenerife. Por ultimo, en cuanto a la concesion del Premio, se acord6 no convocarlo para el afio que comentamos y reanudar su convocatoria para 1998. Conforme al turno de rotacion de Secciones, sometido a sorteo, ha correspondido a la disciplina de Matematicas. 196 NORMAS PARA LA REDACCION Y ENVIO DE ORIGINALES 1. GENERALES 1.1. La Revista de la Academia Canaria de Clencias publica art{fculos de investigaci6n que sean inéditos, sobre temas de Matematicas, Fisica, Quimica y Biologia. La Revista acepta también trabajos sobre " Historia y Filosofia de la Ciencia ", especialmente referidos a las materias citadas, si bien en esta Seccién sdélo aparecerad un maximo de dos trabajos en cada uno de los numeros que se publiquen. 1.2. Dado que la~Revista utiliza el sistema offset de edicion, empleando como original el que facilitan los autores, se aconseja a éstos el maximo cuidado en su confeccioOn, usando una maquina eléctrica con cinta plastica negra o cualquier sistema de tratamiento de texto con impresora laser, sobre pape! blanco de buena calidad tamafio DIN A-4. 13. El texto de cada trabajo, redactado en espanol o en inglés (o bien en cualquier otro idioma a juicio del Comité Editorial), no debera exceder de 16 paginas, aunque se recomienda una extensidn de 6 a 10 paginas como promedio. El limite maximo para los destinados a la Seccién de Historia y Filosofia de la Ciencia es el de 25 paginas. Se entienden, tanto en un caso como en el otro, inclufdas Notas, Bibliografia y Tablas. 1.4. El envio de cualquier original (cuyas hojas deberdn ser numeradas con ldpiz en el margen superior izquierdo), ha de ir acompafiado de una copia, y se dirigira a: Director-Editor Profesor N. Hayek Revista de la Academia Canaria de Ciencias Facultad de Matematicas Universidad de La Laguna Tenerife, Islas Canarias (Espafa) 2. PRESENTACION DEL TRABAJO 2.1. La caja 0 espacio ocupado por el texto en cada pagina, ha de tener unas dimensiones de 17 cm de ancho por 25 cm de largo, dejando margenes de 2 cm cada lado y a 2 cm del borde superior de la pagina. 2.2. Se escribira a doble espacio entre lfneas. 2.3. La pagina de introduccién debe comenzarse a 5 cm del borde superior de la misma y ha de incluir los siguientes datos: Titulo del trabajo (en letras mayusculas centrado); Autor (inicial del nombre y apellido del autcr, y lo mismo caso de ser varios los autores); Centro donde se ha realizado, con direccion postal; Abstract en inglés (con una extension maxima de _ 150 palabras) y Resumen en espafiol (con tope de igual extension); Key words o Palabras clave. 2.4. El comienzo de los parrafos tendra una sangria de cinco espacios. 2.5. Los encabezamientos de cada secci6én (INTRODUCCION, PARTE EXPERIMENTAL, RESULTADOS, .-.DISCUSION, etc ...) numerados correlativamente, seran escritos con letras MAYUSCULAS sin subrayado y centrado en e! texto. Los encabezamientos de subapartados o subsecciones, numerados en la forma 1.1, 1.2, ..., 2.1, 2.2, .., se escribiran con letras minusculas subrayadas al margen izquierdo. 197 2.6. Las notas o llamadas, escritas con letra mas pequefia(*) y con un espacio entre lineas, figurar4an a pié de pagina, precedidas de un indicativo, por ejemplo, (*), (22), ete «. 2.7. Las referencias bibliograficas, intercaladas en 4] texto, contendran los nombres de sus autores seguidos de un corchete de la torma [ ], en el que figurara el numero correspondiente de la Bibliograffa; por ejemplo, G. CANTERO [23] 6 sdlo apellido, CANTERO [23]. A veces (y esto se deja a criterio del autor), el texto quizds requiera poner simplemente solo el numero de la bibliograffa, o sea [23], sin citar autor. 2.8. Las Tablas han de numerarse con numeros romanos. Las figuras y dibujos (en tinta china) o fotografias (en blanco y negro y papel brillante) deberan ser numeradas conmsecutivamente y con numeros arabigos. Los Apéndices (si los hay), se incluiran al final del texto, antes de la Bibliografia. 2.9. BIBLIOGRAFIA: Toda la bibliografia debe ser escrita por orden alfabético de apellidos (por ejemplo, DAVIS, E.G.; GONZALEZ, E. Y PEREZ, J.; MANRIQUE, S.; ...). Las referencias bibliogrdficas de artfculos deberan contener: autor (en mayusculas), afio de publicacion, revista, volumen y paginas; por ejemplo, WATSON, G.N. (1948), J. Diff. Geom., 3, 141-149. En caso de libros ha de incluirse: autor (en mayusculas), afio de publicacién, tf{tulo (a ser posible, en cursivas o itdlicas), editorial y lugar de publicacién; por ejemplo, ELLIS, A.J. and MAHON, W.A.J. (1977), Chemistry and Geothermal Systems, Academic Press, London. 2.10. AGRADECIMIENTOS: centrado y texto a un espacio. 2.11. Se recomienda a los autores que tengan en cuenta ios Reglamentos Internacionales de Nomenclatura para cada materia de las citadas en el] apartado 1.1, asi como los usos_ internacionales referentes a simbolos, unidades y abreviaturas. 3. NOTAS FINALES 3.1. Los articulos seran sometidos a estudio por el Comité Editorial el cual, asesorado por expertos, decidira si procede o nO a su _ publicacién, o bien propondra a los autores que hagan las modificaciones convenientes. 3.2. Por cada trabajo publicado, se entregaran al autor o autores, un total de 30 separatas. 3.3. “El texto, incluidas. figuras) «tablas; diagramas; .etes:.