Foto-animales: vivir a base de luz

La vida animal, como todos sabemos, es básicamente cazar o conseguir comida de la forma que sea. Este drama, impulsor último de la evolución, es consecuencia del tipo de alimentación que poseemos nosotros y nuestros compañeros del mundo animal: la Quimiorganoheterotrofía.

Esta palabra kilométrica nos dice de donde obtenemos lo necesario para realizar nuestras actividades, conservar nuestro cuerpo y para según qué etapas, crecer. Para todo esto “solo” necesitamos energía, una fuente de carbono para crear las estructuras de los compuestos orgánicos y un dador de electrones. Quimiorganoheterotrofía indica que todos estos componentes deben obtenerse a través de la dieta, comiendo.

Evolutivamente, esto ha llevado a una infinitud de estrategias evolutivas que aún fascina a los biólogos y que otros reinos (aunque no menos interesantes) no comparten. Sin embargo, ¿quién no desearía abandonar esta vida de estrés y conseguir la energía pasivamente, como hacen las plantas y otros fotosintetizadores?

Los organismos fotosintetizadores (plantas, algas, alguna bacteria y arquea) consiguen energía gratis de la luz que emplean para captar COy crear la materia necesaria para vivir. Sencillamente fantástico. Los animales, lógicamente, no pueden. Con ciertas excepciones, que existen y veremos a continuación.

Vivir a base de luz

Los casos de animales capaces de utilizar la luz en su beneficio energético son pocos. Sorprende igualmente la diversidad de estrategias que existen: desde simbiontes hasta pigmentos especiales que captan luz y la convierten en energía (es decir, permite sintetizar ATP, la moneda energética).

Debe decirse que estos animales no pueden vivir solo de luz, ya que ninguno capta CO2. Por lo tanto, no realizan fotosíntesis per se, aunque sí consiguen energía. Esto, en algunos casos también está en entredicho: se detecta una absorción de luz por parte del animal, pero esto no se traduce en mejora alguna (más crecimiento…). No por eso dejan de ser interesantes.

Hay un alga en mi cuerpo

Associació alga-animal

Varios animales con algas: A-Neopetrosia, B-Didemnum, C-Symsagittifera, D-Cassiopea, E-Hydra, F-Fungia, G-Tridacna. (Rumpho et al, 2010)

Existen varias especies animales, todas ellas marinas, que presentan algas o bacterias fotosintéticas en su cuerpo. Estas suelen depositarse en órganos o zonas especializadas y entre las dos especies se da una relación simbiótica. Los productos que fabrica el alga pasan al animal, mientras que este último puede aportar componentes importantes para su crecimiento, como fosfatos o nitrogenados.  Por lo tanto, no es tanto que fabriquen su propia materia, sino que llevan consigo los productores.

 Aunque son pocas especies, impresiona la variedad de criaturas que han conseguido esta relación con organismos fotosintéticos en el reino animal. Los tunicados, por ejemplo, son animales filtradores del fondo del océano con (sorprendentemente) muchas características compartidas con nosotros, los vertebrados.

Se trata del único grupo animal que contiene celulosa, la materia con la que está hecho la corteza de los árboles. Algunas especies como Didemnum molle no solo presentan esta característica, sino que además presentan las algas en su cuerpo proporcionándole una fuente extra de materia. También encontramos Cnidarios (medusas) como Hydra, ostras como Tridacna o los corales.

Áfidos y zanahorias

aphid

El áfido responsable (Valmalette et al, 2012)

Los áfidos son pequeños insectos del orden Homóptera conocidos principalmente por ser los “mosquitos” del mundo vegetal. Los áfidos se suelen alimentar de la savia de las plantas y pueden producir tumores y poner en peligro la supervivencia de las plantas. Pues bien, algunas especies de áfidos no solo se alimentan de esta manera, sino que son capaces de utilizar la energía solar directamente como fuente de energía.

El caroteno es un compuesto caro de producir, común en muchos animales, que lo consiguen a través de la dieta (las plantas y otros organismos suelen poder fabricarlo, véase las zanahorias, por ejemplo). En las plantas los carotenoides son normalmente protectores ante la luz solar y también captadores de ciertas longitudes de onda de la  luz para la fotosíntesis.

Pues bien, los áfidos son de los pocos organismos (Tetranychus, una araña, también) capaces de producir estos compuestos. No solo eso, sino que en vez de utilizarlos como la mayoría de animales hacen (es fuente de Vitamina A, por ejemplo) lo utilizan también para captar luz y generar energía.

Esto supone una gran ventaja evolutiva. De hecho, comparando poblaciones de áfidos en luz y  en oscuridad, se ha visto que efectivamente aquellos dispuestos en el sol presentaban mayores niveles de ATP. Sin embargo, aún hay una pregunta que los científicos se hacen referente a este caso: ¿Para qué necesitan tanta energía los áfidos, si poseen una dieta con exceso de azúcares, y por lo tanto, ya muy energética de por sí? El tiempo nos dirá la respuesta.

 Los huevos de  salamandra manchada

Salamander embryos

Huevos con algas (http://www.nature.com/news/2010/100730/full/news.2010.384.html)

La salamandra manchada (Ambystoma maculatum) era desde hacía tiempo un ejemplo de simbiosis entre una alga y un vertebrado. Observando los huevos de este anfibio se puede ver en algunas fases del desarrollo embrionario un color verde. Este corresponde al alga Oophila amblystomatis, que produce oxígeno y compuestos  para el embrión y a cambio se aprovecha de productos de deshecho del animal, principalmente nitrogenados. Estas algas ayudan claramente al embrión que crece más rápido y sale antes del huevo si posee este simbionte.

Ya por solo esto está claro que Ambystoma debe ser mencionada en esta pequeña lista, pero hay algo más. Resulta que el alga no está solo dentro del huevo, sino que está también dentro de las células de la salamandra. Esta asociación no es solo mucho más íntima, sino que a primera vista, inviable. Los vertebrados presentan mecanismos de control de patógenos avanzados. El solo establecimiento de un organismo “raro” en la célula debería llevar a la automática destrucción de este. Por lo tanto, parece que Ambystoma representa, por alguna razón desconocida, una excepción.

La entrada de las algas al huevo es también enigmática. Se cree que de la misma manera que se secretan productos fuera del huevo, podrían entrar algas. Además se han encontrado las mismas algas en algunos ovarios de la misma especie de salamandra, lo que podría indicar que pasan de madre a hijo.

El color amarillo de Vespa orientalis, más que un color.

Hornet wasp

Vespa orientalis (http://de.wikipedia.org/wiki/Orientalische_Hornisse)

La avispa oriental o Vespa orientalis también se aprovecha de la luz, pero de una manera que ningún otro animal hace. Esta avispa, como muchas otras, presenta zonas de coloración amarilla, lo que normalmente se entiende como una coloración de advertencia para depredadores (aposemática). Sin embargo, en este caso, la franja amarilla corresponde a una zona del cuerpo especializada en captar la luz solar.

¿Pero realmente utiliza la luz solar? Y si lo hace, ¿para qué? Por lo que parece, la avispa es capaz de absorber la luz en esta franja amarilla y generar electricidad en la parte marrón del cuerpo.

Para captar esta energía la avispa posee estructuras adaptaciones. Al contrario que las otras partes del cuerpo, placas duras de queratina, la franja amarilla está formada por una serie de protusiones ovales con agujeritos. Lo que hace esta estructura es evitar reflejar la luz, haciendo que los rayos de luz (fotones) se concentren en el cuerpo del insecto. Debajo de esta estructura hay  una capa del pigmento xanthopterina. Este pigmento, que también encontramos en la orina,  es capaz de transformar la energía lumínica en energía eléctrica.

No se entiende exactamente para que ésta producción de electricidad (aunque sí que puede dar ideas para los diseñadores de placas solares), pero seguramente estaría vinculada a un extraño comportamiento. La actividad de la mayoría de avispas se sitúa a las primeras horas del día, pero en V.orientalis es al mediodía, donde se da la plenitud solar. La parte amarilla, de hecho es donde se concentra la actividad metabólica.

Elysia, nudibranquio con cloroplastos

Elysia es un nudibranquio (babosa de mar) único. Al contrario de lo que hemos visto anteriormente en otras asociaciones alga-animal, Elysia no se limita a guardar las algas sino que utiliza la técnica de la kleptoplasia (kleptos es robar, de allí un cleptómano). Esto significa que este animal roba los cloroplastos (los orgánulos que realizan la fotosíntesis en las células algales o vegetales) a otros organismos, en concreto del alga Vaucheria y los incorpora dentro de sus propias células. Las células de Elysia, por lo tanto, ganan la capacidad de hacer fotosíntesis.

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Elysia chlorotica (http://www.nsf.gov/news/mmg/mmg_disp.jsp?med_id=68806)

Los cloroplastos son ubicados dentro de células que rodean el aparato digestivo y actúan igual que lo harían en las células vegetales. Se calcula que la especie Elysia chlorotica puede sobrevivir unos 10 meses únicamente con la materia producida por estos orgánulos.

Este proceso ha generado bastante controversia, ya que en muchos casos no parece que la adquisición de estos cloroplastos les aporte ventaja alguna.  Por otra parte sí que se ha detectado un paso de genes entre el cloroplasto (que posee DNA) y la célula huésped, aunque si existe un control de este,  se desconoce.

 

Bibliografía

http://www.nature.com/news/photosynthesis-like-process-found-in-insects-1.11214#/ref-link-9

http://www.nature.com/news/2010/100730/full/news.2010.384.html

Ishay, J. S., Benshalom-Shimony, T., Dabah, B., Shurz, I. S., Shevach, Y., Ben-Shalom, A., & Barenholz-Paniry, V. (1993). Electrical properties of the cuticle, silk caps and comb of Oriental hornet Vespa orientalis (Hymenoptera: Vespidae).International Journal of Insect Morphology and Embryology22(2), 127-144.

Plotkin, M., Hod, I., Zaban, A., Boden, S. A., Bagnall, D. M., Galushko, D., & Bergman, D. J. (2010). Solar energy harvesting in the epicuticle of the oriental hornet (Vespa orientalis).Naturwissenschaften97(12), 1067-1076

Rumpho, M. E., Pelletreau, K. N., Moustafa, A., & Bhattacharya, D. (2011). The making of a photosynthetic animal. The Journal of experimental biology214(2), 303-311.

Rumpho, M. E., Worful, J. M., Lee, J., Kannan, K., Tyler, M. S., Bhattacharya, D., … & Manhart, J. R. (2008). Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. Proceedings of the National Academy of Sciences105(46), 17867-17871.

Venn, A. A., Loram, J. E., & Douglas, A. E. (2008). Photosynthetic symbioses in animals. Journal of Experimental Botany59(5), 1069-1080.

Valmalette, J. C., Dombrovsky, A., Brat, P., Mertz, C., Capovilla, M., & Robichon, A. (2012). Light-induced electron transfer and ATP synthesis in a carotene synthesizing insect. Scientific reports, 2.

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Alejandro Izquierdo

Suelo leer de todo y cuando los estudios lo permiten salgo a la montaña en busca de especies. Me han dado la oportunidad de dar una pincelada “naturalista” al blog. ¡Espero no defraudar!

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