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Simetría y patrones en sus manchas.

Es en las conchas que pueden ser encontrados los ejemplos de belleza espiral en la naturaleza y la formación espiral en ellas parece ser necesario una completa explicación científica.

Cuando una banda de sustancia elástica está creciendo sobre una superficie y está libre en un extremo, o es probable que tome la forma de una espiral plana bajo ciertas condiciones. Pero si durante el crecimiento del molusco se carga hacia un lado, pareciera ser que sigue un patrón de crecimiento hacia la izquierda. Cual es la fuerza que determina esta dirección, no se puede decir, pero leve y sutilmente esta fuerza puede dar algunas explicaciones.

Cuando un organismo describe crecimiento continuo, si la nueva pieza fuera de formación rectangular el resultado sería concebible por crecimiento lineal. Pero no lo es; la superficie dorsal de una concha es dúctil y delgada mientras que la superficie ventral es más dura y contiene músculos que continuamente ejercitan un cierto tirón en las fibras. Así el nuevo elemento de crecimiento toma la forma de una trapecio , así la superficie dorsal se expande más fácilmente que la ventral , mientras la criatura crece, el resultado es una continuación de la forma espiral . Es necesario imaginar que esta espiral está creciendo verticalmente al mismo tiempo que crece en longitud, y también se debe agregar el efecto de la gravedad, mientras el espécimen crece en volumen y peso hasta que la formación de la espiral es ya visible.

El Nautilus Pompillus exhibe la más bella forma espiral plana de todas las conchas




La belleza algorítmica de las manchas de conchas marinas

En el desarrollo evolutivo normal, una fuerte presión existe al reproducir una estructura, es más la estructura una vez formada usualmente permanece estable al menos por un cierto intervalo de tiempo. Contrariamente, la significancia funcional de los patrones de los pigmentos en las conchas no está clara. Muchos moluscos viven enterrados en la tierra, algunos son cubiertos con una capa opaca: "periostracum". Así no hay presumiblemente una fuerte presión selectiva en los patrones de las conchas. La diversidad indica que es posible modificar los patrones drásticamente sin dañar la especie. La naturaleza les permitió jugar.

Las conchas consiste de material calcificado. Los animales pueden incrementar el tamaño de sus conchas sólo acrementando nuevo material en el borde, es la etapa del crecimiento.



Diferentes modos de la formación de patrones en conchas de Cypraea diluculum. El patrón de bandas se formó durante el crecimiento de la concha por adición secuencial de nuevo material. Así los patrones son un registro a través del tiempo de la evolución formando procesos que tomaron lugar en la etapa de crecimiento. El patrón de puntos resulta de un patrón 2-Dimensional formando procesos en etapas posteriores. El caracol engulle su concha por una protrusion ectodermal en la cual el patrón correspondiente es generado. Los pigmentos producidos en esta capa llegan a ser depositados en la concha .


Patrones elementales: Líneas perpendiculares, paralelas y oblicuas a la dirección de crecimiento


Diferentes moluscos pueden mostrar el mismo tipo de patrones por ejemplo en la figura: una concha de caracol y una concha de un bivalvo:



Los dos patrones consisten en lineas oblicuas que se ramifican. La ramificación ocurre frecuentemente en el mismo nivel en líneas distantes indicando que la iniciación de ramificación es un proceso no local.

Para encontrar algún patrón lógico en la explicación de estos parámetros es aconsejable comenzar con patrones mas elementales. Por ejemplo las lineas paralelas a la dirección de crecimiento indican la formación de un patrón periódico de producción de pigmentos a lo largo de la parte estable en el tiempo. A más o menos regular distancia , grupos de células producen permanentes pigmentos mientras que las células que están entre medio no lo hacen nunca. Esto es usual en la morfogenesis donde particulares estructuras tales como hojas, cabellos o plumas nacen en posiciones regularmente espaciadas.

Otros patrones indican que las deposiciones de pigmentos oscilan. Es decir un grupo de células produce un tiempo, luego no, luego sí, etc.. con oscilación sincronizada hace que aparezcan lineas paralelas a los ejes (eg. perpendiculares a las lineas de crecimiento).



En la formación de patrones lineales es fundamental la sincronización periódica de los grupos de células que emiten el pigmento, claramente no depende de condiciones externas como la presión o fluctuaciones del tiempo, pero un cambio en la fuerza de ionización del agua si puede causar alguna alteración de el patrón.

El relieve en las estructuras



Las formas de los relieves en las conchas son muy usuales . Los mismos patrones antes discutidos se observan. Los patrones de relieve son menos complejos y más reproducibles de espécimen a espécimen. estos tienen funciones biológicas, como por ejemplo el aumentar la fricción con la arena durante la apertura y cerradura de la concha rozando con el piso. . Paleontológicamente se afirma que especies que parecen ser diferentes pueden revelar similares formas y estructuras de superficies si habitan el mismo hábitat y son forzadas a comportarse de similar forma. Entonces, en contraste a los patrones de pigmentación, las formas de relieve siguen patrones que parecen ser formados por fuertes procesos selectivos.



Muchas veces existen perturbaciones en los patrones de las conchas. Esto se debe a la ocurrencia de un drástico cambio en las condiciones del ser, por ejemplo, un ataque de un predador o una sequía prolongada.Un existente patrón de pigmentación puede gatillar la formación de uno nuevo.

Las líneas oblicuas están en partes donde previamente habían pigmentos. Esto puede ser interpretado como que el aparato glandular puede detectar existente pigmentación y que puede iniciar una onda viajera. En la concha derecha superior solo la segunda línea de cada dos, continua.



Aquí mostramos la simetría especular en conchas de moluscos bivalvos. Alguna comunicación en las glándulas de las dos caras debe existir tal que la formación pigmentaria en un lado genere la formación en otro. Los patrones más finos tienen figuras parecidas pero que son diferentes en detalle.



En la figura se muestra que los dos patrones depende de diferentes mecanismos, en el izquierdo lo que genera los lunares es un mecanismo de activación celular, en la derecha actúa la inhibición.



En esta figura la irregular alternancia de la pigmentación oscura y la pigmentación más clara es visible. Este patrón indica el envolvimiento de dos diferentes sistemas de señales uno que incita y otro que suprime la pigmentación.



Oscilaciones globales en los patrones de pigmentación. En el patrón de la izquierda se observa una oscilación global que controla o sincroniza la pigmentación oscura, causante del patrón. En la derecha esto no se observa sino que la aparición de lineas estructuradas si bien no al azar, no controladas globalmente y la aparición de patrones globales tipo grecas.


Diversos factores pueden modificar los patrones de pigmentación: (a,b) Variantes de un caracol de agua dulce con pigmentación densa y otro con escasa , mantenidas a fuerzas iónicas bajas. Perfiles de un animal en un acuario (c) de agua fresca a 0.37% o (d) desde alta concentraciones que causan un cambio dramático en el patrón. Las flechas indican el tiempo del cambio.

 
El problema complicado: Los patrones complejos

La complejidad de los patrones pueden venir de las complicaciones de una misma razón, o lo que es peor, de las complicadas mezclas entre muchas de las razones que rigen los patrones.


Aquí se aprecia el fenómeno de superposición de patrones.

 

Estos últimos son patrones estables en el tiempo, generalmente corresponden a franjas paralelas a la dirección de crecimiento. En la concha inferior se observa que las franjas exteriores no siguen el mismo patrón que las interiores (afuera en pares, adentro no).
 


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