{"id":445753,"date":"2022-08-01T17:36:09","date_gmt":"2022-08-01T20:36:09","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=445753"},"modified":"2022-08-01T17:42:23","modified_gmt":"2022-08-01T20:42:23","slug":"las-maquinas-que-hacen-de-la-biologia-una-ciencia-de-grandes-numeros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/las-maquinas-que-hacen-de-la-biologia-una-ciencia-de-grandes-numeros\/","title":{"rendered":"Las m\u00e1quinas que hacen de la biolog\u00eda una ciencia de grandes n\u00fameros"},"content":{"rendered":"

El aire que nos rodea no es un espacio inerte, compuesto solamente de ox\u00edgeno y nitr\u00f3geno, vapor de agua, polvo y contaminaci\u00f3n. Es un espacio vivo, en el cual continuamente nacen, se reproducen y mueren millones de microorganismos. En 2019, se analizaron muestras de aire recogidas en Singapur y en la Amazonia brasile\u00f1a que revelaron que, durante el d\u00eda, predominan las bacterias, y a la noche, los hongos, con escasas variaciones a lo largo del a\u00f1o. Ahora, nuevos an\u00e1lisis realizados en esa ciudad-estado asi\u00e1tica permitieron constatar que esa divisi\u00f3n se mantiene hasta los mil metros (m) de altura. Por encima de este l\u00edmite reinan las bacterias adaptadas a los altos niveles de radiaci\u00f3n solar, que son m\u00e1s raras en los estratos inferiores.<\/p>\n

Este estudio pone de manifiesto que la investigaci\u00f3n de campo en el \u00e1rea de la biolog\u00eda se basa cada vez m\u00e1s en enormes vol\u00famenes de datos. El grupo de Singapur, coordinado por el qu\u00edmico alem\u00e1n Stephan Schuster, de la Universidad Tecnol\u00f3gica de Nanyang (NTU), trabaj\u00f3 con 795 muestras de aire recogidas a distintas altitudes, en las cuales identific\u00f3 unas 10.000 especies de microorganismos y, lo que es m\u00e1s asombroso, proces\u00f3 2,2 terabytes de datos, lo que equivale a 2 millones de megabytes.<\/p>\n

Los bi\u00f3logos que se dedican a la investigaci\u00f3n de campo est\u00e1n experimentando las mismas transformaciones que vivieron los genetistas hace 20 a\u00f1os, cuando la cantidad de genomas secuenciados crec\u00eda exponencialmente e impon\u00eda nuevos m\u00e9todos de trabajo. A lo largo de los \u00faltimos 15 a\u00f1os, los genetistas y los ec\u00f3logos han comenzado a utilizar secuenciadores de ADN m\u00e1s poderosos, capaces de descifrar varios genomas simult\u00e1neamente, lo que ha permitido realizar estudios minuciosos de los organismos que viven en el suelo, en el aire, en el agua e incluso dentro de otros seres.<\/p>\n

Actualmente, no son solo los secuenciadores, sino tambi\u00e9n otros dispositivos los que han comenzado a utilizarse cada vez m\u00e1s asiduamente en los \u00faltimos cinco a\u00f1os, como los grabadores adaptados para el trabajo de campo y los drones, que almacenan y procesan cantidades de informaci\u00f3n que antes eran inconcebibles y permiten ahorrar tiempo en las expediciones a los bosques, las praderas y las sabanas. La tarea de los investigadores de campo se ha visto facilitada, pero, por otro lado, estos nuevos dispositivos exigen un conocimiento m\u00e1s profundo en disciplinas tales como matem\u00e1tica, estad\u00edstica y programaci\u00f3n, a la vez que se ha impuesto el trabajo conjunto con expertos de otras \u00e1reas.<\/p>\n

\u201cEl an\u00e1lisis del microbioma del aire solo ha sido posible mediante un trabajo coordinado entre bi\u00f3logos, climat\u00f3logos, programadores y los ingenieros que adaptaron el instrumental del avi\u00f3n de investigaci\u00f3n para poder recabar los datos para este estudio\u201d, comenta la bi\u00f3loga Ana Carolina Martins Junqueira, quien trabaja desde 2017 en la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ) y particip\u00f3 del estudio que se llev\u00f3 a cabo en Singapur.<\/p>\n

A principios de la d\u00e9cada de 2000, mientras cursaba sus estudios de maestr\u00eda y doctorado en la Universidad de Campinas (Unicamp), Martins Junqueira secuenciaba el ADN mitocondrial de los moscardones de a un genoma por vez solamente.<\/p>\n

En 2011, cuando viaj\u00f3 a Estados Unidos para realizar una pasant\u00eda posdoctoral en la Universidad del Estado de Pensilvania, se encontr\u00f3 con m\u00e1quinas m\u00e1s potentes, los secuenciadores de nueva generaci\u00f3n, con los que pudo secuenciar, de una sola vez, todos los genomas de los organismos<\/a> que viv\u00edan en las v\u00edsceras de dos especies de moscas: Chrysomia megacephala <\/em>y Musca domestica<\/em>, capturadas en Brasil y en Estados Unidos. Los an\u00e1lisis registraron 431 especies de bacterias, entre ellas Helicobacter pylori<\/em>, causante de \u00falceras y c\u00e1ncer de est\u00f3mago, tal como lo describe en un art\u00edculo publicado en noviembre de 2017 en la revista Scientific Reports<\/em><\/a>.<\/p>\n

En 2014, Junqueira acompa\u00f1\u00f3 a Schuster, su supervisor en Estados Unidos, y se traslad\u00f3 al Centre for Environmental Life Sciences Engineering (Scelse) de la NTU, en Singapur, para participar en la b\u00fasqueda intensiva de las comunidades de microorganismos. Los resultados iniciales caracterizaron un ciclo diario de los microorganismos que viven en las capas del aire cercanas al suelo.<\/p>\n

Un estudio complementario realizado con otros par\u00e1metros de comparaci\u00f3n \u2013muestras recogidas cerca del suelo, desde una torre meteorol\u00f3gica y desde un avi\u00f3n de investigaci\u00f3n volando a 3.500 m de altura\u2013 apunt\u00f3 que el ciclo diario se quiebra a los 1.000 m de altitud, aproximadamente, y que existe una estratificaci\u00f3n: m\u00e1s cerca del suelo hay m\u00e1s hongos, a altitudes intermedias proliferan las bacterias y, por encima de ese l\u00edmite, la diversidad de los microorganismos es menor y abundan las bacterias tolerantes a la radiaci\u00f3n.<\/p>\n

Simult\u00e1neamente, en agosto de 2018 y en marzo de 2019, investigadores de los estados brasile\u00f1os de Paran\u00e1 y Amazonas, recogieron muestras de aire a 2 m y a 26 m de altura, en el Observatorio de Torre Alta de la Amazonia<\/a> (Atto), en una zona selv\u00e1tica a 150 kil\u00f3metros (km) de Manaos (estado de Amazonas). \u201cEra poco lo que se sab\u00eda acerca de los tipos de microorganismos circulantes en el aire de las selvas brasile\u00f1as\u201d, comenta el bi\u00f3logo y coordinador del grupo, Luciano Huergo, del campus de Matinhos de la Universidad Federal de Paran\u00e1 (UFPR). Las bacterias de los g\u00e9neros Beijerinckiaceae<\/em> y Azospirillum<\/em> se revelaron abundantes y despertaron inter\u00e9s porque eran capaces de transformar el nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico (N2<\/sub>) en amonio (NH4<\/sub>), que las plantas pueden absorber. Por esta raz\u00f3n, podr\u00edan funcionar como un fertilizante natural.<\/p>\n

\"\"

Scelse\/NTU<\/span>El avi\u00f3n de investigaci\u00f3n utilizado para recoger muestras del aire de SingapurScelse\/NTU<\/span><\/p><\/div>\n

En 2009, el bi\u00f3logo Marconi Campos-Cerqueira se mostr\u00f3 desorientado frente a tanta informaci\u00f3n, cuando desarrollaba su maestr\u00eda integrada al Proyecto Din\u00e1mica Biol\u00f3gica de Fragmentos Forestales (PDBFF), con sede en el Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonia (Inpa), en Manaos. Ten\u00eda que identificar a las aves de la jungla oyendo su canto solamente, sin poder avistarlas. Los grabadores le facilitaron la tarea, pero enseguida apareci\u00f3 otro problema: eran tantas las horas grabadas que no acababa de o\u00edrlo todo, por lo que se aprovechaba muy poco.<\/p>\n

Tuvo la suerte de conocer entonces al bi\u00f3logo estadounidense Mitchell Aide, quien estaba desarrollando un programa de computaci\u00f3n para identificar especies de aves a partir de su canto y lo invit\u00f3 a trabajar con \u00e9l en la Universidad de Puerto Rico. Cerqueira se mud\u00f3 all\u00ed, realiz\u00f3 su doctorado con Aide y colabor\u00f3 en el desarrollo del programa llamado Arbimon, las siglas en ingl\u00e9s de Automated Remote Biodiversity Monitoring Network, que separa e identifica los sonidos de cada especie. La \u00faltima versi\u00f3n, descrita en septiembre de 2020 en la revista Ecological Informatics<\/em>, logr\u00f3 una precisi\u00f3n del 89 % en la identificaci\u00f3n autom\u00e1tica de 24 especies de aves y sapos de Puerto Rico.<\/p>\n

\u201cEl monitoreo ac\u00fastico puede utilizarse combinado con otros m\u00e9todos, porque todav\u00eda es necesario salir a hacer trabajo de campo para conocer el ambiente, los h\u00e1bitos y la dieta de cada especie\u201d, comenta Cerqueira, quien desde 2017 es el director cient\u00edfico de la organizaci\u00f3n no gubernamental Rainforest Connection. Esta plataforma inform\u00e1tica, de acceso gratuito para los investigadores, alberga 2.163 proyectos de investigaci\u00f3n, 57 millones de grabaciones, 29.000 an\u00e1lisis y 2.000 sonidos de especies de aves, anfibios y otros animales terrestres y marinos de Am\u00e9rica del Sur, Asia, \u00c1frica y Europa.<\/p>\n

Colaborador de Cerqueira y usuario del Arbimon, el bi\u00f3logo Alexandre Camargo Martensen, del campus avanzado de Buri de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), estudia 120 \u00e1reas del Bosque Atl\u00e1ntico cercanas. Su equipo reuni\u00f3 alrededor de 1 mill\u00f3n de minutos de grabaciones de sonidos de aves, anfibios y mam\u00edferos.<\/p>\n

A partir de estas grabaciones y de las conversaciones mantenidas con los habitantes de la zona, el equipo de la UFSCar hall\u00f3 15 ejemplares de una especie de rana arbor\u00edcola anaranjada y verde lim\u00f3n, Phrynomedusa appendiculata<\/em>, que no hab\u00edan sido vistas desde 1970, en una zona de Bosque Atl\u00e1ntico en Cap\u00e3o Bonito, en el interior del estado de S\u00e3o Paulo, como relata en un art\u00edculo publicado en enero de este a\u00f1o en la revista Zootaxa<\/em>.<\/p>\n

Al igual que Martensen, el bi\u00f3logo Alexandre Uezu, del Instituto de Investigaciones Ecol\u00f3gicas (IP\u00ca), en Nazar\u00e9 Paulista (S\u00e3o Paulo), dedicaba la mayor parte de su tiempo al trabajo de campo durante su maestr\u00eda y su doctorado, pero ahora pasa gran parte de sus d\u00edas sentado frente a una computadora, organizando, buscando y analizando sonidos e im\u00e1genes. Realiza un seguimiento de los cambios en una zona de Bosque Atl\u00e1ntico en el Parque Estadual de Cantareira, en el Gran S\u00e3o Paulo, de otra en Pontal do Paranapanema, al oeste del estado, con financiaci\u00f3n de la filial brasile\u00f1a de la empresa China Three Gorges Corporation (CTG Brasil), y una tercera\u00a0 en Alto Paranapanema, en el sur del estado.<\/p>\n

Los grabadores instalados en 500 puntos de muestreo llevan registrados alrededor de 1,5 millones de minutos. Obtiene las im\u00e1genes v\u00eda sat\u00e9lite y, m\u00e1s recientemente, por medio de una t\u00e9cnica llamada Lidar (detecci\u00f3n de luz y medici\u00f3n de distancia) que registra la variaci\u00f3n de la luz reflejada por la vegetaci\u00f3n, y los equipos del PDBFF la utilizan desde 2013 para realizar investigaciones en la selva amaz\u00f3nica (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 205<\/em><\/a>). En este caso, los haces l\u00e1ser determinan la altura de los \u00e1rboles y, cuando es posible, tambi\u00e9n llegan hasta el suelo para describir el relieve.<\/p>\n

Para evaluar el crecimiento esperado de un bosque restaurado en un \u00e1rea que vincula una unidad de conservaci\u00f3n estadual y otra federal, Uezu y su equipo recurrieron a la informaci\u00f3n registrada por el Lidar en sobrevuelos tripulados efectuados en 2015, 2016 y 2017. De este modo, han podido identificar un crecimiento del 35 % de la biomasa del bosque entre las dos reservas.<\/p>\n

Con zum y sin estr\u00e9s
\n<\/strong>El bi\u00f3logo Fabiano Rodrigues de Melo, de la Universidad Federal de Vi\u00e7osa, escuch\u00f3 hablar por primera vez de los drones en 2014, cuando supo que los utilizaban para encontrar koalas en los bosques de Australia. En 2017, en el marco de un proyecto de investigaci\u00f3n patrocinado por la fundaci\u00f3n Grupo Botic\u00e1rio, le encarg\u00f3 su primer dron a una empresa de R\u00edo de Janeiro, que tambi\u00e9n desarroll\u00f3 el software<\/em> para realizar el recuento de los muriqu\u00edes del norte (Brachyteles hypoxanthus<\/em>), evitando as\u00ed tener que ver horas de filmaciones.<\/p>\n

Su dron actual, adquirido gracias a la ayuda de la Wildlife Conservation Society, cabe en una mochila. Como posee zum, puede filmar a los animales desde una distancia de 30 m sin asustarlos. Tambi\u00e9n se hizo m\u00e1s sencillo identificarlos mediante las diferencias en su pigmentaci\u00f3n facial. \u201cAntes ten\u00eda que acercarme a 15 m y los muriqu\u00edes hu\u00edan, acaso creyendo que pod\u00eda ser un predador\u201d, relata. \u201cEn los bosques espesos, solo puedo avistar a los animales desde lo alto de los \u00e1rboles, pero en las selvas secundarias he podido divisar monos tit\u00edes, que viven en estratos arb\u00f3reos m\u00e1s bajos, o incluso, en el suelo, venados, carpinchos, tayras, coat\u00edes, osos hormigueros y decenas de especies de aves\u201d.<\/p>\n

Cambios en la metodolog\u00eda de trabajo
\n<\/strong>Los dispositivos para identificar animales y plantas por medio de los sonidos, im\u00e1genes o el ADN les simplifican la vida a los investigadores y facilitan la elaboraci\u00f3n de los estudios de impacto ambiental, que los organismos gubernamentales exigen para la habilitaci\u00f3n de obras o proyectos de secuestro de carbono. No obstante, para que los mismos sean eficaces, la informaci\u00f3n que generan debe gestionarse cuidadosamente. \u201cLa avalancha de datos disponibles impone cambios en la forma de analizar y almacenar la informaci\u00f3n\u201d, subraya el bi\u00f3logo Alexandre Camargo Martensen, de la UFSCar.<\/p>\n

Seg\u00fan \u00e9l, los datos recabados y el plan de investigaci\u00f3n precisan tener un c\u00f3digo de identificaci\u00f3n, que se denomina script<\/em>, que reconocer\u00e1 las sucesivas versiones que se depositen en las bases de datos pertinentes, mientras se lleva a cabo la investigaci\u00f3n. \u201cNosotros mismos elaboramos los programas de an\u00e1lisis, en lenguajes de programaci\u00f3n R o Python\u201d, dice.<\/p>\n

Alexandre Uezu, del IP\u00ca, a\u00f1ade: \u201cComo ahora la informaci\u00f3n se obtiene con mayor facilidad, debemos prestarle m\u00e1s atenci\u00f3n al almacenamiento y al an\u00e1lisis\u201d. En su opini\u00f3n, es mejor como resultado un falso negativo \u2013es decir, no identificar una especie que podr\u00eda identificarse\u2013 que un falso positivo, o sea, un resultado err\u00f3neo. \u201cNo se puede habilitar el frenes\u00ed por recolectar datos si antes no se ha definido cabalmente el objetivo del trabajo\u201d, recomienda Marconi Campos-Cerqueira. \u201cEs importante definir las hip\u00f3tesis que orienten el trabajo antes de comenzar a recabar informaci\u00f3n\u201d.<\/div>\n

Proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong>\u00a0La gobernanza de la transici\u00f3n forestal en el Bosque Atl\u00e1ntico. Para aumentar nuestro conocimiento sobre la recuperaci\u00f3n forestal y los servicios ecosist\u00e9micos (n\u00ba 18\/20501-8<\/a>); Modalidad<\/strong> Programa Biota; Investigador responsable<\/strong> Alexandre Camargo Martensen (UFSCar); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 388.961,59
\n2.<\/strong> La resiliencia de los ecosistemas multifuncionales ante los cambios clim\u00e1ticos (n\u00ba 19\/19429-3<\/a>); Modalidad<\/strong> Programa Biota; Investigador responsable<\/strong> Alexandre Uezu (IP\u00ca); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 121.162,26<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/strong>CLARE, E. L.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Measuring biodiversity from DNA in the air<\/a>.\u00a0Current Biology<\/strong>. v. 32, n. 3, p. 693-700. 7 feb. 2022.
\nCOSTA, D. P. da.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Forest-to-pasture conversion modifies the soil bacterial community in Brazilian dry forest Caatinga<\/a>.\u00a0Science of Total Environment<\/strong>. v. 41, 151943. 1\u00b0 mar. 2022.
\nDRAUTZ-MOSES, D. I.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Vertical stratification of the air microbiome in the lower troposphere<\/a>.\u00a0PNAS<\/strong>. v. 119, p. e2117293119. 15 feb. 2022.
\nGUSAREVA, E. S.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Microbial communities in the tropical air ecosystem follow a precise diel cycle<\/a>.\u00a0PNAS<\/strong>. v. 116, n. 46, p. 23299-308. 12 nov. 2019.
\nJUNQUEIRA, A. C. M.\u00a0et al<\/em>.\u00a0The microbiomes of blowflies and houseflies as bacterial transmission reservoirs<\/a>.\u00a0Scientific Reports<\/strong>. v. 7, n. 1, 16324. 24 nov. 2017.
\nLEBIEN, J.\u00a0et al<\/em>.\u00a0A pipeline for identification of bird and frog species in tropical soundscape recordings using a convolutional neural network<\/a>.\u00a0Ecological Informatics<\/strong>. v. 59, 101113. sept. 2020.
\nLYNGGAARD, C.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring<\/a>.\u00a0Current Biology<\/strong>. v. 32, n. 3, p. 701-7. 7 feb. 2022.
\nMORAES, L. J. C. L.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Rediscovery of the rare\u00a0Phrynomedusa appendiculata\u00a0<\/em>(Lutz, 1925) (Anura: Phyllomedusidae) from the Atlantic Forest of southeastern Brazil<\/a>.\u00a0Zootaxa<\/strong>. v. 5087, p. 522-40, 2022.
\nNASCIMENTO, L. A. do\u00a0et al<\/em>. Acoustic metrics predict habitat type and vegetation structure in the Amazon.\u00a0Ecological Indicators<\/strong>. v. 117, 106679. oct. 2020.
\nSOUZA, F. C. S.\u00a0et al.<\/em>\u00a0Influence of seasonality on the aerosol microbiome of the Amazon rainforest<\/a>.\u00a0Science of The Total Environment<\/strong>. v. 760. 15 mar. 2021.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Secuenciadores de ADN, grabadores, drones y otros artefactos de utilizaci\u00f3n en aumento permiten concretar inmensas mejoras de tiempo e imponen toda una transformaci\u00f3n metodol\u00f3gica","protected":false},"author":17,"featured_media":445758,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[275,293,306,312,335],"coauthors":[5968],"class_list":["post-445753","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es","tag-biodiversidad","tag-ecologia-es","tag-genetica-es","tag-innovacion","tag-zoologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/445753","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=445753"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/445753\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":445966,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/445753\/revisions\/445966"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/445758"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=445753"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=445753"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=445753"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=445753"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}