domingo, 16 de abril de 2017

Salamandras fotosintéticas y el origen de la vida

Ambystoma maculatum. Foto de Roger Hangarter.
Las plantas son los únicos organismos capaces de fotosintetizar, aprendimos desde niños. Mírenla con atención. Este animalito ha abierto las puertas a un mundo desconocido que la ciencia había ignorado hasta ahora. La salamandra moteada de amarillo (Ambystoma maculatum) es el primer y único vertebrado fotosintético conocido hasta la fecha.
La salamandra moteada es un anfibio urodelo perteneciente a la familia Ambystomatidae que es relativamente abundante por todo el Este de Norteamérica, desde Nueva Escocia hasta Georgia y Texas. Que sea relativamente abundante no significa necesariamente que sea fácil de ver, porque este animalito que apenas alcanza un palmo de longitud utiliza sus robustas extremidades para excavar madrigueras en la tierra húmeda de los bosques caducifolios. La mayor parte del tiempo permanece oculta y solo abandona su lecho subterráneo durante la noche, cuando sale a la busca y captura de lombrices y pequeños invertebrados.
A comienzos de primavera, despertados los instintos reproductores, los adultos sexualmente maduros emprenden una migración masiva en dirección a las charcas comunales en las que tiene lugar la reproducción. Entonces sí se dejan de ver. En las primeras noches cálidas y lluviosas, miles de salamandras se encaminan hacia charcas y estanques para reproducirse. Es un espectáculo cuya contemplación resulta increíble. Las hembras ponen uno o varios amasijos gelatinosos que contienen 50-100 huevos cada uno. Las larvas permanecen en el agua hasta que alcanzan la madurez unos cuatro meses después.
Un animal fotosintético. Bueno, hay que precisar más. Los realmente fotosintéticos no son los adultos, sino sus larvas. Ahí está la clave. Para evitar que los depredadores acuáticos se den un banquete a su costa, las salamandras moteadas sólo se reproducen en aguas sin peces. El problema de esta estrategia de cría es que las aguas sin peces tienden a ser muy pobres en oxígeno. ¿Solución? La unión hace la fuerza. Desde hace tiempo se sabía que los huevos de esta especie forman una relación simbiótica con unas algas. Las algas producen oxígeno para el embrión en desarrollo y el embrión alimenta a las algas a través de sus residuos ricos en nitrógeno y CO2. Hasta 2011 se pensaba que es relación era externa, pero ese año un grupo de investigadores de la Dalhousie University en Halifax, Nueva Escocia, liderado por el biólogo Ryan Kerney, descubrió y publicó que los embriones bien formados tenían algas viviendo dentro de sus células.
Puesta de Ambystoma maculatum en forma de cordón mucilaginoso que contienen decenas de embriones encapsulados. Foto de Ryan Kerney.
Kerney se dio cuenta de que el color verde claro que muestran los embriones en el esteroscopio proviene tanto de ellos como de la cápsula de gelatina que los contiene. La viridiscencia es causada por el alga unicelular Oophila amblystomatis. En una presentación realizada el 28 de julio de 2010 en el Noveno Congreso Internacional de Morfología de Vertebrados en Punta del Este, Uruguay, Kerney informó que las algas están situadas dentro de las células de todo el cuerpo de la salamandra. Además, existen signos de que las algas intracelulares pueden proporcionar directamente los productos de la fotosíntesis -oxígeno e hidratos de carbono- a las células de la salamandra que las encapsulan.
Imagen en blanco y negro de una cabeza de embrión de salamandra, con un recubrimiento que muestra manchas rojas que son cloroplastos fluorescentes de las algas. Foto de Ryan Kerney.
Sin embargo, las algas no están desde el inicio del desarrollo embrionario. Otro miembro del grupo de Kerney, Roger Hangarter, de la Universidad de Indiana, descubrió que las algas se introducen en el embrión durante el desarrollo de las células que formarán el sistema nervioso. Las algas se sitúan cerca de las mitocondrias de la salamandra, es decir, alrededor de los orgánulos celulares que suministran potencia a la célula. ¿De dónde proceden las algas? Aunque la investigación continúa, el grupo de Kerney también descubrió la presencia de algas en los oviductos de las hembras adultas, todo un indicio de que las salamandras madres traspasan sus propias algas a su prole.
Una coexistencia tan estrecha con un organismo fotosintético se había encontrado previamente en invertebrados como los corales, pero nunca en un vertebrado. Debido a que las células de los vertebrados poseen lo que se conoce como un sistema inmune adaptativo que destruye material biológico no considerado como propio, se pensaba que era imposible que un simbionte viviera permanentemente en su interior. Pero, en este caso, las células de la salamandra han desactivado su sistema inmunológico interno, o las algas lo han pasado de alguna manera por alto.
Aunque este es el primer y único caso que sabemos de este tipo de relación fotosintética en animales vertebrados, estos descubrimientos abren la puerta a la posibilidad de que existan otros simbiontes fotosintéticos que jueguen el mismo papel en otros grupos de vertebrados. Pero además, también es una vía que permite que los científicos avancen en el conocimiento de las relaciones endosimbióticas que, según nos enseñó Lynn Margulis, están en el origen de la vida eucariótica.