ANIMALES ¿FOTOSINTÉTICOS?

Ya son muchos los días que he oído a mis alumnos decir "¡qué bichos más raros traes!". Seguro que alguno de vosotros (y me refiero a mis alumnos ahora mismo) ya se ha sentido identificado. Para los demás, no lo dicen porque vaya a clase con "bichos" en los bolsillos ni nada parecido, sino porque suelo cambiar el fondo de escritorio de mi ordenador con bastante frecuencia y, la mayoría de las veces son animales los que lo decoran. A mis alumnos no les falta razón, ya que en la mayoría de las ocasiones son animales extraños, curiosos o particulares, diría yo, ya sea por su apariencia (formas, colores,...) o comportamiento/s... Ni que decir tiene que siempre les hago un breve comentario acerca del mismo, y aprovecho así para relajar el ambiente, o enlazar con el tema que estemos explicando en ese momento, aparte, claro está, de mostrarles lo maravilloso de algunas criaturas.

Pues bien, es por esos comentarios vuestros, de mis alumnos, por los que abro este sección que denominaré "BESTIARIO". Sé que el nombre no es muy original, pero,de momento, es el que se me ha ocurrido. En ella compartiré imágenes y comentarios de algunos animales u organismos que nos provocan alguna expresión de asombro, con solo verlos o conocer cómo y donde viven.

Sin que sirva de precedente, y con motivo de la "inauguración" de la sección, no voy a mostraros a uno, sino a tres animales. Los traigo por el impacto que causaron en mí cuando los conocí. Se trata de tres animales muy distintos, tanto que uno es un molusco (Elysia chlorotica), otro un insecto (Acyrthosiphon pisum) -el pulgón del guisante, como su epíteto específico (pisum) nos indica, y es que el nombre del guisante es Pisum sativum, especie que, curiosidades de la vida... ¡es la que empleó Gregor Mendel para llevar a cabo los experimentos con los que sentó las bases de la genética!- y el último, un vetebrado (Ambystoma maculatum). Hechas las presentaciones, y la referencia obligada a G. Mendel, vayamos al tema que nos ha traído hasta aquí.

Una de las principales características diferenciales entre los animales y las plantas, es que el Reino Vegetal es autótrofo, mientras que los animales son heterótrofos. De manera breve, aclararé estos dos términos antes de continuar, para poder entender mejor qué tienen de particular las especies invitadas hoy.

•  La nutrición autótrofa es la capacidad de ciertos organismos de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan alimentarse de otros seres vivos, ni de sustancias derivadas de estos, sino que, como su propio nombre indica "procesan su alimento por sí mismos". Las plantas, que gracias al proceso de la fotosíntesis emplean la energía de la luz para impulsar la síntesis de compuestos orgánicos a partir del CO₂, se denominan fotoautótrofos, mientras que algunas bacterias, de las que no voy a hablar ahora, al no emplear la luz solar sino la oxidación de compuestos inorgánicos para producir energía, se denominan quimioautotróficas.

La posibilidad de realizar la fotosíntesis, y por lo tanto de "fabricar" su propio alimento, la obtienen las plantas gracias a la presencia de cloroplastos en sus células y a la posibilidad de fabricar clorofila (familia de pigmentos fotosintéticos por excelencia y que le proporcionan el color verde a las plantas), gracias a la información contenida en sus genes.

Importancia de los seres autótrofos y definición de fotosíntesis.

• La nutrición heterótrofa  (del griego hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), la poseen aquellos organismos que, a diferencia de los autótrofos, deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos, es decir, que necesitan comerse a otros. Estos organismos, no poseen cloroplastos en sus células, por lo que no realizan la fotosíntesis.

Conexión entre Fotosíntesis y respiración celular. Fuente: Campbel et al. 2009. Biology: concepts & connections.

Un mecanismo de obtención de alimento tan importante, no ha pasado desapercibido para los animales y es sabido que existen algunas especies que se aprovechan de microalgas simbióticas (simbiosis: asociación en la que dos organismos de especies diferentes se asocian para beneficiarse mutuamente) que hacen la fotosíntesis por ellos (1). A pesar de ello, toda la explicación anterior se resume en una simple frase: "¡Los animales no realizan la fotosíntesis!", algo obvio dado que no poseen ni cloroplastos ni clorofila. ¿O no?.

Aquí viene lo sorprendente, de la mano de Elysia chlorotica, nuestro primer invitado. 

Se trata de una babosa de mar que vive en el litoral norteamericano. En sus etapas juveniles presenta una coloración grisácea y se alimenta del alga Vaucheria litorea, pero en su fase adulta adquiere una coloración verde brillante como resultado de la concentración de cloroplastos procedentes de las macroalgas consumidas, no de microalgas simbióticas, en sus tejidos.

Elysia chlorotica

 Que una especie viva en simbiosis con otra es algo relativamente frecuente en la naturaleza, pero el que una especie, Elysia chlorotica, sea capaz de realizar la fotosíntesis porque almacena cloroplastos "robados" a las algas de las que se alimenta, ¡eso es otra cosa! ¿No os parece?.

Ciclo vital de Elysia chlorotica

Pues bien, por raro que parezca, este mecanismo de asimilación de los cloroplastos procedentes de la alimentación parece ser común en los opistobranquios o babosas de mar, recibiendo el nombre de cleptoplastia (robo de plastos). De esta forma los cloroplastos sintetizan el alimento para el animal como si de un vegetal se tratara. Pero el caso es que ahí no queda la cosa, porque, y esto es más asombroso aún, no solamente les "roba" los cloroplastos, sino que este molusco los "mantiene vivos" gracias a genes del alga que tiene integrados dentro de su propio genoma. Me explico: los cloroplastos necesitan clorofila para realizar la fotosíntesis, y esta, en el alga, es fabricada a partir de la información presente en sus genes.

 Ahora bien, la babosa es capaz de extraer esos genes responsables de la síntesis de clorofila en el alga e incorporarlos a su código genético, lo que le permite no sólo fabricar la clorofila, sino transmitirlos también a su descendencia.  Esos genes fueron adquiridos muchas generaciones atrás por transferencia horizontal (transmisión del genoma o parte de éste de un organismo a otro que no forma parte de su descendencia) (2). Los juveniles necesitan consumir el alga para obtener los cloroplastos que sus células no pueden fabricar; pero ya nacen con los genes encargados de sintetizar los pigmentos fotosintéticos.

Si nuestro primer invitado os ha asombrado tanto como a mí, esperad a conocer a Acyrthosiphon pisum. Se trata de un pulgón muy común, pero es quizá el primer caso descrito de un animal fotosintético, que no depende de otro organismo para realizar la fotosíntesis.

Acyrthosiphon pisum

 La pigmentación de estos pulgones involucra genes presentes en el genoma de cianobacterias y que son usados para la síntesis de carotenoides. Esos genes han pasado al pulgón por transferencia horizontal durante la evolución (2). La síntesis de carotenoides en esos pulgones es tan elevada que los investigadores pensaron que podrían tener un papel importante y desconocido, más allá de sus propiedades antioxidantes. A raíz de esto, se ha comprobado que los pulgones capturan energía lumínica y que transfieren electrones hasta moléculas aceptoras (que es lo que ocurre en la fotosíntesis). Este, y otros datos más podrían indicar la presencia de un sistema arcaico de fotosíntesis y síntesis de ATP (3). Resumiendo, estos pulgones podrían estar realizando la fotosíntesis y actuando, al menos parcialmente, como plantas. Este sistema sería autónomo de cualquier organismo vegetal, y sería la primera vez que se habría descrito algo parecido, y si fuera totalmente cierto esos pulgones estarían rompiendo el dogma de que los animales son enteramente heterótrofos. ¡ASOMBROSO!

Damos ahora un salto más con nuestro tercer y último invitado: Ambystoma maculatum.  

Lo conseguido por las babosas y los pulgones es asombroso pero, como seguramente algunos de vosotros estéis pensando, son grupos que nos quedan más o menos alejados, desde el punto de vista evolutivo, pero ¿qué pasaría si hablásemos de un vertebrado?. Pues ese es el caso de esta especie de salamandra, Ambystoma maculatum, o salamandra moteada, considerada el primer vertebrado capaz de hacer uso de la fotosíntesis. ¡INCREIBLE!

Ambystoma maculatum

Es una especie de anfibio urodelo perteneciente a la familia Ambystomatidae. Podemos encontrarla en las regiones orientales de norteamérica, desde Ontario y Nueva Escocia hasta Georgia y Texas.

 Es el primer ejemplo conocido de un vertebrado que recibe carbono fotosintético por translocación directa de un simbionte. El proceso es parte de la relación simbiótica que ya se conocía décadas atrás, entre la salamandra y un alga verde unicelular, Oophila amblystomatis, cuyo nombre significa "ama los huevos de salamandra". Ya en 1888, el biólogo Henry Orr informó que sus huevos a menudo contienen dichas algas verdes unicelulares. 

Huevos de Ambystoma maculatum

 Las salamandras ponen los huevos en charcos de agua y las algas los colonizan en cuestión de horas, dándoles un vivo color verdoso. Por ello, ya en la década de 1940, los biólogos sospechaban que existía una relación simbiótica, beneficiosa tanto para los embriones de salamandra como para las algas. En ella, los embriones liberan el material de desecho, del que se alimentan las algas y, a su vez, las algas liberan oxígeno, procedente de la fotosíntesis, que toman los embriones. Los embriones que tienen más algas tienen más probabilidades de sobrevivir y su desarrollo es más rápido que el de los embriones que no las tienen, si bien la presencia del alga no es indispensable para su supervivencia (4). 

Fue en el año 2010 cuando un estudio de la Unversidad de Berkeley descubrió que la simbiosis es más compleja aún, pues halló que la salamandra adulta tiene estas algas dentro de sus células, en todo el cuerpo. Las algas producen oxigeno e hidratos de carbono que las células de las salamandras utilizan (5). Ahora que se ha demostrado que un vertebrado puede utilizar la fotosíntesis, los investigadores cree que podría haber otros, anfibios o peces, cuyos huevos, puestos en el agua, pueden ser también colonizados por este alga.  ¡Fascinate!. Sin embargo, es mucho menos probable que un mamífero o un ave pueda establecer este tipo de relaciones y emplear la fotosíntesis como método de obtención de alimento.

Sé que esta entrada ha sido demasiado larga, pero creo que estas especies lo merecían. Las próximas serán más cortas...¡espero!

1. http://www.fcm.uncu.edu.ar/jornadas2010/index.php/articulos/view/45 
2. http://jmhernandez.wordpress.com/2008/07/08/entendiendo-la-evolucion-transferencia-horizontal-de-genes/ 
3.  http://www.nature.com/srep/2012/120816/srep00579/pdf/srep00579.pdf
4. http://jeb.biologists.org/content/216/3/452
5. http://www.pnas.org/content/108/16/6497