¿Qué es lo que vemos?

(English version below)

Un pájaro alimenta a sus crías. Es una imagen tierna. ¿Cómo se le llama a este comportamiento? “El pájaro cuida a sus crías”

Como muchos sabemos, en varias especies de aves no todas las crías del nido sobreviven; es más, los padres deben elegir cuál cría o crías tienen las mejores posibilidades de sobrevivir y, en consecuencia, dejar de lado a las no aptas. Sin embargo, el ave sigue cuidando a sus crías (al menos las que quedan).

Cambiando de ejemplo, se me ocurre el caso en que un nido de abejas es perturbado por un intruso. ¿Qué se supone que hacen las abejas? Defienden el nido, cierto? Todo el mundo sabe esto, es obvio. Está totalmente grabado en nuestras mentes como la forma en que la naturaleza trabaja. Pero, ¿es la realidad? A la gente que trabaja en ciencia se la conoce supuestamente por cuestionar todo, entonces hagamos las preguntas. ¿Por qué las aves cuidan a sus crías, por qué las abejas defienden su nido y por qué escribo algunas palabras en negrita?

Carroñero aprovechando que unos “malos padres” dejaron morir a su cría / Scavenger taking advantage of a dead fledgling abandoned by its “bad parents”

En alguna clase que tuve en un curso de “ecología del comportamiento” me enseñaron sobre “los 4 por qué’s de Timbergen”, que en realidad son 4 maneras distintas de responder el “por qué” de las cosas, al menos en biología del comportamiento. Resulta que Niko Timbergen describió en un paper de 1963 cuatro tipos de explicaciones que se le puede dar a un comportamiento. Estas son:

• Causalidad
• Ontogenia
• Valor adaptativo
• Historia evolutiva

Entonces, si queremos responder las preguntas de arriba podríamos decir que: ¿Por qué las aves cuidan a sus crías?

Porque el llanto de las crías pidiendo comida estimula la búsqueda de alimento (causalidad),
porque aprendieron a hacerlo de individuos más viejos (ontogenia),
porque así las crías sobreviven, incrementando el fitness de los padres (valor adaptativo),
porque el comportamiento de cuidado parental apareció hace millones de años en una especie ancestral (historia evolutiva).

Ahora para las abejas: ¿Por qué las abejas defienden el nido?

Porque son estimuladas por señales químicas liberadas por otras abejas ante el peligro (causalidad),
porque órganos especiales de recepción de dichas señales se forman en etapas tempranas del desarrollo (ontogenia),
porque al ahuyentar a un posible depredador del nido se está preservando la progenie que habita en él (valor adaptativo), porque el comportamiento de defender se fijó en poblaciones ancestrales hace millones de años (historia evolutiva).

Ahora tenemos 4 respuestas que responden a la pregunta a distintos niveles de especificidad, pero ¿cuál es la razón base? La respuesta de causalidad es simplemente una respuesta funcional, según mi punto de vista solo nos dice por qué puede realizarse anatómica/fisiológicamente un comportamiento. La respuesta ontogénica es simplemente una consecuencia de la evolución. Es decir, ¿cómo se puede mantener un comportamiento de generación en generación? Pues o se hereda o se aprende (o una combinación de ambos, como el mismo Timbergen dijo), en resumen nos dice cómo aparece este comportamiento esperado en un individuo en particular. La respuesta evolutiva es una de las respuestas más simples pero, para mi, una de las más importantes. Las respuestas en relación a la historia evolutiva de los ejemplos anteriores son bastante obvias: Si hoy vemos algo es porque en algún momento apareció, y punto. Qué tonto, cierto? Sin embargo todos nos olvidamos de esto en algún momento y luego explicaré por qué creo esto.

Dejé para el final la que creo que es la respuesta más “profunda”, la que llamé razón base al comienzo del párrafo anterior. Se trata del valor adaptativo. Para alguien familiarizado con el tema de evolución (o sea, cualquier biólogo) este método de responder un por qué debería ser bastante fácil de entender. Todos conocemos la teoría de evolución por selección natural, si una característica nueva es beneficiosa (o sea, tiene un valor adaptativo positivo) y es heredable entonces a la larga se fijará en una población. Bajo este concepto, si nos preguntan “¿Por qué las aves cuidan a sus crías?” nosotros deberíamos en un principio pensar que este comportamiento es beneficioso para el fitness del individuo (entiéndase fitness como una medida de la supervivencia y reproducción [perpetuación de los genes] de un individuo) y que por esa razón hoy en día dicho comportamiento sigue estando vigente. Poniéndolo en menos palabras, si un individuo con un cierto comportamiento pudo reproducirse exitosamente (el comportamiento le fue ventajoso) y si dicho comportamiento permitirá a su descendencia reproducirse con mayor éxito respecto al promedio de la población entonces tal comportamiento se volverá “lo normal” en dicha población. ¿Y cuál fue la razón principal? Pues la “ventaja” de este comportamiento, el valor adaptativo.

Lo que creemos ver

Hay dos errores extremos en el modo de pensar al observar un comportamiento. Uno es el muy inocente o ingenuo, el cual puede ser perdonado si proviene de alguien sin ningún conocimiento en evolución o biología. El otro es el exageradamente científico, a través del cual se le concede a los mismos organismos nuestra propia visión de la realidad. Este es probablemente muy común e involuntario entre la gente relacionada a la biología. La forma inocente de observar un comportamiento tiene bastante que ver con el lenguaje. He aquí la explicación de las palabras en negrita del comienzo. Cuando decimos que las aves cuidan a sus crías la palabra misma nos lleva a pensar que el ave es consciente del acto de cuidar al igual que nosotros lo seríamos. En sí la palabra cuidar no compromete nada más que el acto de conservar, atender, asistir, etc. Sin embargo, cuando pensamos en un hombre o una mujer cuidando a su hijo sabemos que hay un vínculo emocional de por medio. Entonces este vínculo que se observa en personas se extrapola a los animales, cuando realmente no los hay. Bajo este error uno podría responder a la pregunta “¿Por qué las aves cuidan a sus crías?” con: Porque los padres aman a sus hijos!

“Que por qué me asoleo siempre? Pues a quién no le gusta echarse un ratito bajo el sol!”

La forma exageradamente científica viene luego de entender que la razón por la cual el ave abandonó a una de sus crías no es que sea “mala”, sino que dicho comportamiento trae consigo un valor adaptativo. El ave hace eso hoy en día porque su especie lo viene haciendo desde hace miles de años, generación tras generación, y les ha ido bien. Probablemente aparecieron y siguen apareciendo por ahí aves “buenas” que no matan a sus pichones, pero no les va bien aparentemente.

En el proceso de entender el valor adaptativo conocemos que el fitness es lo que determina si cierto comportamiento tiene, efectivamente, un valor adaptativo. Y como buenos científicos trataremos de medir el fitness: Energía gastada por tiempo, calorías consumidas por minuto, crías por evento reproductivo, tiempo utilizado por caloría, etc. Muchas veces encontraremos que estas medidas del fitness tienen sentido y probablemente sean lo que a la larga explican los comportamientos, por ejemplo: Las aves cuidan a sus crías porque así producen más crías por evento reproductivo.

Finalmente tratamos de medir por qué un comportamiento no se da en menor o mayor grado al observado, es decir, por qué las aves dan 3 gusanos por minuto a las crías y no 2 ó 4. Luego de hacer nuestros experimentos u observaciones sobre costos y beneficios vemos que si las aves intentan dar 4 gusanos por minuto entonces se quedarán sin energía para mantenerse a sí mismas (se reduce el fitness) y que si dan solo 2 entonces no será suficiente para la cría y esta morirá (también se reduce el fitness). Entonces se concluye que 3 gusanos por minuto dan energía suficiente a las crías sin restarle demasiada energía a los padres.

Entonces llega el problema.

“Hey, tú que eres biólogo, ¿por qué las aves siempre dan 3 gusanos por minuto a las crías?” Entonces uno empieza a dibujar sus gráficas de costos y beneficios y a explicar cómo las kilocalorías aumentan y disminuyen para padres y crías, etc, etc. Y finalmente dices: “De esta manera las aves calculan el gasto de energía óptimo que permite este comportamiento” Y ahí volviste a caer en el mismo error que el “inocente”, solo que de manera más “científica”.

Si lo pensamos, obviamente las aves no andan por ahí calculando cuánta energía les queda o cuánta pueden utilizar. Entonces cómo hacen? Pues los mecanismos que hacen que un ave deje de alimentar a las crías o siga haciéndolo no los conozco, pero puedo decir que no van por ahí con la función matemática de forrajeo óptimo en la cabeza. Entonces, volviendo a la pregunta del “¿Cómo lo hacen?”, debemos volver a los últimos dos tipos de respuestas de Timbergen:

– Tiene un valor adaptativo (que es todo eso que le explicaste a tu amigo con gráficas y fórmulas)

– Así funciona (historia evolutiva)

“…según mis cálculos, con dos flores más termino …” / “…according to my calculations, two more flowers and I’m done…”

Está bien si respondemos a nuestro amigo con la explicación de que “las aves calculan…” siempre y cuando tengamos una mejor explicación en nuestras mentes. Como mencioné algunos párrafos más arriba, si hoy en día tal especie de ave da en promedio 3 gusanos por minuto a sus crías es porque, así como lo demostró el cálculo del fitness, este comportamiento es cercano al óptimo y además es heredable. Las aves no lo saben, sino que algunas “se ganaron la lotería” al presentar ese comportamiento hace mucho tiempo. Hoy ya no hay lotería, ya que toda la especie en promedio da 3 gusanos por minuto, pero basta que haya un cambio importante en el ecosistema (digamos que ahora los gusanos vienen con más energía cada uno) para que el afortunado (y rarísimo) que da solo 2 gusanos por minuto se saque el premio. Hasta entonces el comportamiento de “3 gusanos / min” se mantendrá porque funciona.

No olvidemos que todo lo que observamos es la parte final de un proceso muy largo y que si observamos una tendencia en alguna especie es porque simplemente encajó en algún momento y sigue encajando en el mundo de hoy. Es válido hablar en términos humanos para referirnos a comportamientos de otros organismos, siempre y cuando tengamos totalmente en claro cuál es la razón principal por la que ocurren dichas conductas.

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What do we see?

A bird feeds its offspring. It’s a cute situation. How is this behavior called? “The bird takes care of its offspring”

As some of us know, in some bird species not all the offspring survive; even the parents have to choose which fledglings have the best probabilities to survive and, consequently, abandon the others. However, the bird keeps taking care of its offspring (at least the ones that remain).

Changing the example, let’s think about a case where a honeycomb is perturbed by an intruder. What are bees supposed to do? They defend the honeycomb, right? Everybody knows this, is obvious. It is totally fixed on our minds as the way nature works. But, is this real? People who works on science are know to ask questions about everything so let’s make the questions. Why do birds take care of their offspring? Why bees defend the honeycomb? And why do I write some words in bold?

In some lecture I had about behavior ecology I heard about “Timbergen’s four why’s”, which are actually four different forms to answer “why” questions, at least in behavior ecology. The thing is that Niko Timbergen described in a 1963 paper these four types of explanations one can give to a determined behavior. These are:

• Causality
• Ontogeny
• Adaptive value
• Evolutionary history

So, if we would like to answer the questions posted above we could say that: Why birds take care of their offspring?

Because the cry of the offspring begging for food stimulates the food searching (causality)
Because they learned to do it from older individuals (ontogeny)
Because doing that the offspring will survive, increasing the parents’ fitness (adaptive value)
Because the parental care behavior appeared millions of years ago in an ancestral species (evolutionary history)

Now for bees: Why do bees defend the honeycomb?

Because they are stimulated by chemical signals expeled by other bees when there is danger (causality)
Because special organs for chemical cues reception are developed in early stages of development (ontogeny)
Because offspring from the honeycomb can be preserved if a possible predator is driven away (adaptive value)
Because the defending behavior was fixed in ancestral populations millions of years ago (evolutionary history)

Now we have 4 different statements that answer these questions on different levels of specificity, but, what is the main answer to these questions? The answer from causality is simply a functional answer, from my point of view it only tells us why a behavior can be anatomically/physiologically performed. The ontogeny answer is simply a consequence of evolution. With this I mean, how a behavior can be maintained from generation to generation? Well, so you inherit it or you learn it (or a combination of both, as Timbergen himself said), in other words it tells us how this determined behavior appears in a particular individual. The evolutionary answer is one of the simplest answers but, for me, one of the most important. The answers to the previous example questions regarding evolutionary history seem to be very obvious: If we see something today is because it appeared some day and that’s it. Pretty dumb, right? But we all forget about this sometimes and I will later explain why do I think so.

I left the “deepest” answer (for me) for the end, the one I called “the main answer” at the beginning of the previous paragraph. It is the adaptive value. For somebody familiarized with the topic of evolution (any biologist, I suppose) this way to answer “why” questions should be quite easy to understand. We all know the theory of evolution by natural selection, if a new characteristic gives a benefit (it has a positive adaptive value) and is hereditable then in the long term it will be fixed in a population. Under this concept if we are asked “Why do birds take care of their offspring?” we should first think that this behavior is beneficial for the fitness of the individual (being fitness a measure of the capacity of survivability and reproduction [perpetuation of genes] of an individual) and that it is the reason why this behavior is still present today. In few words, if an individual with a certain behavior could successfully reproduce (the behavior was successful) and if that behavior will allow its offspring to reproduce with a relatively higher success when compared to the population mean then this behavior will turn “average” for this population. And, which was the main reason? The advantage of this behavior, the adaptive value.

What we think we see

There are two extremes mistakes in the way of thinking when observing a behavior. One is the naive or ingenuous one, which can be forgiven if ti comes from somebody without any knowledge  in evolution or biology. The other is the exaggeratedly scientific, with which we concede organisms our own vision of reality. This last one is probably very common and involuntary among people related with biology.

The naive way to observe a behavior has a lot to do with language. Here is the explanation of the words in bold of the beginning. When we say that “birds take care of their offspring” the same word make us think that the bird is conscious about the action of taking care in the same way we would. The verb taking care itself doesn’t involve anything else than the action of conserve, attend, nurse, etc. However, when we think about a man or a woman taking care of his/her son we know that there is an emotional link in between. Then this link we observe on people gets extrapolated in animals, when they are not really there. Under this mistake one could ask to the question “Why birds take care of their offspring?” with: “Because parents love their children!”

The exaggeratedly scientific form appears after one understands that the reason why the bird abandoned its offspring is not that it is a “bad parent”, but that this behavior has an adaptive value. Birds do that today because their species are doing it from thousands of years ago, generation after generation, and it has worked for them. Probably appeared in the past, and keep appearing today, “good parents” whom don’t abandon their fledglings, but apparently they are not doing well, right?

In the process of understanding the adaptive value we learn that fitness is what determines if a certain behavior actually has an adaptive value. And as good scientist we will try to measure fitness: Energy spent per hour, calories consumed per minute, offspring raised per reproductive event, time used per calorie, etc. Several times we find that these fitness measurements make sense and probably explain, in the long term, the behaviors we observe, for example: Birds take care of their offspring because in this way they produce more offspring per reproductive event.

Finally we try to measure why a behavior is not present on a higher or lesser intensity from the observed, for example: why birds give 3 worms per minute to their offspring instead of 2 or 4? After performing our experiments or observations about costs and benefits we see that if birds try to provide 4 worms per minute then they will run out of energy for themselves (fitness is reduced) and that if they only provide 2  then it won’t be enough for the offspring, which might die in the end (also reducing fitness). Then it is concluded that 3 worms per minute give enough energy to the offspring without deducting too much energy from the parents.

Then the problem begins.

“Hey you! You are a biologist right? Then, why birds always give 3 worms per minute to their offspring?” Then you start to draw your costs and benefits graphs and start explaining how kilocalories increase and decrease for parents and offspring, etc,etc. And in the end you say: “…and in this way birds calculate the optimal energy expenditure that allows this behavior” and there you commit the same mistake as the “innocent”, but in a more “scientific” way. If we think about it, obviously birds don’t go around calculating how much energy left they have. Then, how do they do it? Well, I don’t know the mechanisms that make a bird stop or keep feeding its offspring, but I can say that they don’t go around with the optimal foraging mathematical formula in mind.

Then, going back to the question of “how do they do it?” we have to go back to the last two Timbergen’s answer types:

– It has an adaptive value (which is everything you explained your friend with graphs and formulas)

– That’s how it works (evolutionary history)

It is ok to answer our friend with the explanation where “the birds calculate…” but only if we have a better explanation in our own minds. As I mentioned some paragraphs above, if nowadays a determined bird species gives 3 worms per minute to its offspring is because, as demonstrated by the fitness calculation, this behavior is close to the optimal and also is heritable. Birds don’t know it, it is just that some of them “won the lottery” by presenting that behavior a long time ago. Nowadays there is not a lottery anymore because all the species in average provides 3 worms per minute, but only a small change in the ecosystem (let’s say that worms now give more energy than before) is needed for the lucky one, that only gives 2 worms per minute, to win this new lottery. Until then the behavior of “3 worms / min” will be maintained in the population because it works.

Don’t forget that everything we observe is the final part of a very long process and that if we observe a trend in any species is because it simply fitted in the past and keeps fitting today. It is ok to use human terms when talking about the behaviors of other organisms provided that we know the real reasons behind these conducts.