De bigotes de gato a inteligencia artificial para estudiar polen

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La palinóloga colombiana Ingrid Romero junto a otros científicos desarrollaron un método para facilitar la tarea de sus colegas alrededor del mundo a los que se le va la vida midiendo los diminutos rastros que han dejado las plantas desde hace más de 50 millones de años.

Una forma de viajar en el tiempo para comprender los ecosistemas que antecedieron a los que hoy conocemos es buscar y estudiar granos de polen. En esas minúsculas migajas de un mundo que ya se desvaneció se conservan pistas para entender las fuerzas de la evolución, para recomponer la “historia familiar” de las selvas tropicales, los páramos, los bosques secos, las llanuras de las que hoy depende nuestra vida y economía.

La primera vez que Ingrid Romero vió el polen bajo el microscopio quedó boquiabierta y enamorada: “el polen es muy simétrico, la variedad morfológica es impresionante, la diversidad que ves en las plantas también la ves en el polen que puede tener formas circulares, triangulares, hexagonales, a veces con espinas o verrugas...ver esa diversidad microscópica fue una sorpresa que no esperaba encontrarme”.

Los primeros granos de polen los recogió cuando iba en cuarto semestre de biología en la U. Javeriana. Se había propuesto trabajar con polinizadores así que en los recorridos por el campo universitario de la Universidad Nacional, cerca al edificio de biología, capturaba abejorros y abejas a los que les pasaba por encima un poco de gelatina con glicerina y donde se quedaba pegado el polen, como dictaban los manuales del curso, y luego los observaba en el laboratorio bajo un microscopio de luz.

Una cosa llevó a otra. O mejor: un polen la llevó en busca de otro polen. El mismo destino de los insectos. Fue al Instituto de Ciencias de la U. Nacional para aprender un poco más sobre la ciencia de la palinología. Ahí terminó una maestría. Luego emprendió un viaje a Chile donde trabajó en el Centro de Estudios Avanzados de Zonas Áridas (CEAZA), en un laboratorio también de palinología. Pasó por el Instituto Smithsonian de Panamá también estudiando y aprendiendo de polen fósil con el paleontólogo colombiano Carlos Jaramillo. Y finalmente aterrizó en la Universidad de Illinois, Estados Unidos, para completar un doctorado.

Un problema que enfrentan los palinólogos alrededor del mundo entero es que estudiar polen exige la paciencia del mejor monje budista. La primera tarea de un palinólogo es conseguir una muestra de polen bien conservado de la época que quiere estudiar, de 10.000 años o de 50 millones de años. Existen varias técnicas para obtener imágenes detalladas de la estructura externa e interna de los granos de polen. Una de las más utilizadas es el uso de microscopía electrónica. Sin embargo, esta técnica es tediosa y destructiva, porque para ello es necesario aislar una sola pieza de polen. El consejo que recibió Ingrid de uno de sus tutores para esa tarea fue usar bigotes de gato para atraparlo y llevarlo bajo el microscopio. Como ella no está dispuesta a arrancarle bigotes ni a Bug ni a Sasa, los dos gatos con los que vive en el poblado de Urbana-Champaign, Illinois, siempre recurría a pestañas humanas que ataba a la punta de un palito. Los días, las semanas, los años, los ojos de los palinólogos se esfuman midiendo el diámetro del polen, el grosor de su pared, describiendo con precisión las formas, comparando unos con otros.

Para el doctorado, tenía planeado hacer una tesis sobre los cambios de la vegetación en la Cordillera Central durante los últimos 5 a 7 millones de años, pero su asesora Surangi Punyasena, bióloga evolutiva y profesora de la Universidad de Illinois, la convenció de trabajar en otra tarea: desarrollar una herramienta que facilitara el trabajo de los palinólogos. Analizar una sola placa de polen puede llevar uno o varios días y clasificar el polen de acuerdo a su morfología puede resultar una tarea complicada cuando los granos son muy similares. Sabían que se aliaban con ingenieros computacionales de la Universidad de California en Irvine, y lograban aplicar inteligencia artificial estos análisis podrían acelerarse para analizar varias decenas o centenas de imágenes en minutos.

Eligieron, para poner a prueba las capacidades palinológicas de un computador, el polen Striatopollis catatumbus, bautizado así por un palinólogo colombiano, Antonio Enrique Gonzáles Guzmán en 1967. Es un polen que corresponde a un grupo de legumbres que han existido en los últimos 60 millones de años aproximadamente en bosques tropicales, en Asia, África, América e islas del Pacífico. Las muestras del estudio procedían de varias partes de Colombia y de Nigeria en África.

En un artículo que acaba de ser publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, titulado “Mejorando la taxonomía de polen fósil usando redes neuronales convolucionales y microscopía de superresolución”, presentaron los resultados de su esfuerzo. “Las imágenes de super resolución nos permitieron ver la estructura interna y externa de los granos de polen moderno y fósil y los modelos de inteligencia artificial nos permitieron comparar cientos de imágenes en corto tiempo y establecer posibles candidatos modernos para cada uno de los granos de polen fósil”, apuntaron.

La científica colombiana cree que este trabajo abre nuevas puertas en la investigación micropaleontológica, porque estas nuevas técnicas permiten obtener información taxonómica del polen que estaba escondida en el registro fósil. Al mismo tiempo, con más precisión y agilidad en la identificación de los microfósiles, será posible entender cómo la vegetación en los trópicos ha cambiado a través del tiempo y que factores ambientales han influido en estos cambios: “también nos ayuda a entender cómo las especies de plantas han sido afectadas por cambios de clima en el pasado y así, proponer modelos de cómo estas pueden verse afectadas por el reciente cambio climático”.

¿Por qué usar polen para estudiar la evolución de las plantas?

El polen es el gameto masculino de la flor. Al mismo tiempo, los granos de polen producen un registro fósil terrestre único porque su pared es resistente a cambios de temperatura extremos, es abundante y su registro es continuo comparado con otros fósiles. Estas características hacen posible que el polen sea preservado por millones de años, lo cual permite estudiar la historia de las plantas y su evolución, especialmente en el trópico.

La morfología de los granos de polen es diversa como las plantas modernas y varía dependiendo del tipo de plantas al que pertenecen.

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