Cleptoplastia — ¿Babosas Fotosintéticas?

Autor: Sergio A. Senin (sergiosenin@hotmail.com)

Editores: Lissy Gross, Samantha Vargas y David Cuaspud.

A simple vista todos podemos distinguir entre una planta y un animal. Incluso si nos pidieran más información podríamos dar algunas diferencias o características propias de cada uno de estos organismos.

En algún momento de nuestras vidas aprendimos que el Reino Vegetal es autótrofo y el Reino Animal es heterótrofo. En otras palabras, esto quiere decir que las plantas no necesitan alimentarse de otros seres vivos porque tienen la capacidad de sintetizar las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de otras sustancias inorgánicas (fotosíntesis). Los animales, en cambio, deben alimentarse de otros organismos para obtener la energía, nitrógeno y carbono necesarios para la vida.

La fotosíntesis se realiza en unas organelas de la célula vegetal llamadas cloroplastos, muy abundantes en las hojas. Las plantas capturan la luz solar porque sus cloroplastos están llenos de un pigmento llamado clorofila, que absorbe la luz roja y azul. Cuando los rayos del sol alcanzan las plantas, absorben estos colores pero no el verde, que se refleja, dando a la mayoría de las plantas su tono distintivo. Durante la fotosíntesis, en un proceso impulsado por la energía de la luz, se crean moléculas de glucosa (y otros azúcares) a partir de agua y dióxido de carbono, mientras que se libera oxígeno como subproducto. Las moléculas de glucosa proporcionan a los organismos dos recursos cruciales: energía y carbono fijo (orgánico).

Fig. 1 Fotosíntesis — Esquema (www.sciencewithme.com) y detalle de cloroplastos (Photo by Kristian Peters, 2006)

Este proceso se da en las plantas, algas e incluso algunos microorganismos (cianobacterias) y es el punto inicial de las cadenas tróficas; oxigena el medio ambiente, favorece la formación de ozono y al consumir CO2 reduce el efecto invernadero.

En un ecosistema las especies interactúan entre sí y a esta relación estrecha y persistente (que puede otorgar beneficios a una de las partes o a ambas) se la conoce como simbiosis y los organismos involucrados reciben el nombre de simbiontes.

El ejemplo más conocido de simbiosis es el caso de los líquenes, donde un hongo y un alga se unen de forma casual dando lugar a una morfología completamente diferente a la que poseen por separado haciéndolos resistentes a condiciones ambientales adversas. Los corales también forman una relación simbiótica con una clase de algas: las zooxantelas. Usando la energía luminosa, las zooxantelas convierten el dióxido de carbono (del bicarbonato obtenido del agua de mar y el dióxido de carbono producido por la respiración celular de los tejidos del coral) en carbohidratos (glicerol y glucosa), lípidos y aminoácidos. Estos productos se transmiten al tejido del animal huésped, que posteriormente proporciona una fuente de nitrógeno (amoniaco principalmente) y fosfato a las algas. (Delbeek Ch. and Sprung J. 1994)1

Como regla general, los animales no pueden hacer fotosíntesis. Pero todas las reglas tienen excepciones y hay animales que realizan fotosíntesis en el sentido más amplio de la palabra. Esto es posible mediante las asociaciones simbióticas y algunas un tanto más extrañas.

Un organismo “egoísta” y poco dispuesto al mutualismo podría pensar: “Si necesito un determinado alimento o sustancia para vivir o realizar funciones vitales, ¿por qué no asociarme al organismo que lo produce y quedarme finalmente con su fábrica?”.

La cleptoplastia (palabra derivada del término griego kleptes, ladrón) es un fenómeno simbiótico que precisamente se trata de esto: el predador se alimenta de algas, que digiere normalmente, y “secuestra” o “roba” los cloroplastos que quedan intactos en su organismo, fotosintetizando y otorgándole beneficios. (Minnhagen S, Carvalho WF, Salomon PS, Janson S — September 2008)

Hace más de 140 años (1876), se describieron morfológicamente por primera vez las babosas verdes marinas del clado Sacoglossa (Fig. 2) que contenían gránulos pigmentados con clorofila similares a los de las plantas. Posteriores manuscritos e investigaciones evidenciaron que estas incorporan CO2 y se acuñó el término “hojas que se arrastran” (Fig. 2 y 3) para describirlas. En el año 1996 se pensó que la Transferencia Lateral de Genes (TLG)(*) de algas a babosas podría apoyar la cleptoplastia en estos organismos. Hoy en día se cree que los cloroplastos de las algas son más “robustos” que los de las plantas y son capaces de “vivir más tiempo” en un ambiente extraño. (Jan de Vries, Cessa Rauch, Gregor Christa, Sven B. Gould — 2014).

Fig 2. Diferentes especies de Sacoglossan: ( a ) Lobiger viridis , ( b ) Ercolania kencolesi , ( c ) Costasiella kuroshimae , ( d ) Cyerce nigricans , ( e ) Thuridilla carlsoni , ( f ) Elysia ornata , ( g ) dos ejemplares de Elysia timida en posición de apareamiento, ( h ) Elysia crispata , ( i ) Plakobranchus ocellatus , ( K ) Ercolania sp alimentándose del alga Avrainvillea , ( l ) Bosellia mimetica alimentándose del alga Halimeda tuna.( Wägele, H. & Raupach, M. & Burghardt, I. & Grzymbowski, Y. & Händeler, K. — 2010).

Se sabe que estas babosas secuestran cloroplastos a través de un sofisticado mecanismo de fagocitosis: no se alimentan del alga completa, sino que usan su rádula (una especie de diente) para penetrar en la pared celular de las algas sifonáceas y absorben todo el contenido interno de la célula incluidos los orgánulos y todos los demás compartimentos. En algunas especies los cloroplastos se secuestran selectivamente del material fagocitado y se liberan en el citosol (**) luego de degradarse en otra organela llamada vacuola (*). Los “cleptoplastos”** pueden continuar fotosintetizando en el citosol de las células epiteliales de las babosas pero no dependen estrictamente de la fotosíntesis continua para sobrevivir al hambre durante largos periodos de tiempo. Al parecer la simbiosis animal-cloroplasto depende de la combinación de un cloroplasto robusto y una especie de babosa cuya fisiología ha evolucionado para tolerar un orgánulo “alienígena”. (Jan de Vries, Cessa Rauch, Gregor Christa, Sven B. Gould — 2014).

Fig 3. Anatomía de Elysia chlorotica. Babosa de mar con aspecto de hoja aplanada cuyo alimento obligatorio son las algas Vaucheria litorea. Los pequeños círculos verdes punteados son los cloroplastos ubicados dentro de los extensos divertículos digestivos del animal. (Pelletreau KN, Weber APM, Weber KL, Rumpho ME, 2014) .

Sin lugar a dudas, los ejemplares más vistosos de estas babosas pertenecen a la especie *Costasiella kuroshimae*. Se las conoce vulgarmente como “solar sheeps” (ovejas solares) y parecen el producto de la unión entre un Pokémon y una planta suculenta (Fig. 4 y 5). Su tamaño ronda los 5mm. Habitan las aguas de Indonesia, Japón y Filipinas y su cuerpo parece estar cubierto de follaje y hojas verdes (en realidad son cuernos que reciben el nombre de ceratas*) que terminan en colores brillantes como el púrpura y el azul. Presentan dos rinóforos como sistema olfativo y una boca con la que succionan las algas. En las ceratas las glándulas digieren el alimento y acumulan los cloroplastos que durante períodos de inanición representan una especie de despensa, cuya función podría beneficiarse de la fotosíntesis en curso (esta capacidad de retener y utilizar lentamente el alimento varía entre especies, pudiendo llegar a 14 meses en el caso de Elysia chlorotica).*

Fig. 4 Costasiella kuroshimae. (Foto de Jim Lynn)

Fig. 5 ¿¿¿Cómo llegó Bulbasaur a hacer fotosíntesis??? (Gentileza Lissy Z. F. Gross).

Hace un tiempo publicamos una nota en Ubiqusciencia acerca de la Biología Sintética, un campo incipiente e intrigante en cuanto a la posibilidad de crear en un laboratorio nuevas formas de vida o mejorarlas “a medida” de las necesidades. Quizás en un futuro sea posible utilizarla para crear un organismo híbrido entre vegetales y animales. Hoy, por más imposible que parezca, estos animales lo han logrado: pueden apropiarse DNA de un vegetal, hacer que funcionen ciertos genes del alga en su organismo y depender de la luz del sol para su nutrición.

Si bien es poco probable que el hombre pueda volverse fotosintético de esta manera (nuestro aparato digestivo “mastica” y procesa todo lo que ingiere, ya sean cloroplastos y ADN vegetal), ¿imaginan ustedes el día en que descubriendo la manera seamos capaces de alimentarnos utilizando la energía del sol?

Notas:

(*)La transmisión del ADN puede ser vertical, de los padres a su descendencia, o lateral donde el movimiento de genes se produce cuando un organismo transfiere material genético a otra célula que no es descendiente. La transferencia lateral de genes (TLG) se conoció inicialmente en bacterias pero hoy se sabe que sucede en todo tipo de organismos (microorganismos, animales, incluida la especie humana, y plantas).

()El citosol** es el fluido intracelular donde están contenidas las organelas, da forma a la célula y en él se desarrollan numerosas e importantes reacciones metabólicas.

(*)Las vacuolas** son pequeñas vesículas de las células de las plantas y hongos que permiten el almacenamiento de distintas sustancias, como azúcares o agua. En las vacuolas muchas veces se concentran pigmentos.

Referencias:

1 Delbeek Ch. and Sprung J. (1994) The Reef Aquarium: A Comprehensive Guide to the Identification and Care of Tropical Marine Invertebrates, Vol. 1 p. 47–50 — Ricordea Publishing ISBN-13: 9781883693121

2 Minnhagen S, Carvalho WF, Salomon PS, Janson S (September 2008). Chloroplast DNA content in Dinophysis (Dinophyceae) from different cell cycle stages is consistent with kleptoplasty. Environ. Microbiol. 10 (9): 2411–7. doi:10.1111/j.1462–2920.2008.01666.x. PMID 18518896.

3 Jan de Vries, Cessa Rauch, Gregor Christa, Sven B. Gould (2014). A sea slug’s guide to plastid symbiosis. Acta Soc Bot Pol 83(4):415–421 DOI: 10.5586/asbp.2014.042

4 Wägele, H. & Raupach, M. & Burghardt, I. & Grzymbowski, Y. & Händeler, K. (2010). Solar Powered Seaslugs (Opisthobranchia, Gastropoda, Mollusca): Incorporation of Photosynthetic Units: A Key Character Enhancing Radiation?. Evolution in action, Chapter: 13, Publisher: Springer, Editors: Matthias Glaubrecht, pp.263–28210.1007/978–3–642–12425–9.

5 Pelletreau KN, Weber APM, Weber KL, Rumpho ME (2014). Lipid Accumulation during the Establishment of Kleptoplasty in Elysia chlorotica. PLoS ONE 9(5): e97477. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0097477

6 Händeler, K. & Grzymbowski, Y. & Krug, P. & Wägele, H. (2009). Functional chloroplasts in metazoan cells — A unique evolutionary strategy in animal life. Frontiers in zoology. 6. 28. 10.1186/1742–9994–6–28.

7 Christa, G. & Gould, S. & Franken, J. & Vleugels, M. & Karmeinski, D. & Ndeler, K. & Martin, W. & Gele, H. (2014). Functional kleptoplasty in a limapontioidean genus: Phylogeny, food preferences and photosynthesis in Costasiella, with a focus on C. Ocellifera (Gastropoda: Sacoglossa). Journal of Molluscan Studies. 80. 1–9. 10.1093/mollus/eyu026.