Reino del sǝʌǝɹ
Enseñar a niños de primaria acerca del mundo natural de seguro no es una tarea fácil, de hecho, me atrevería a decir que la mayoría de las veces existía una regla de la que nadie hablaba, pero se mostraba implícita en cada una de las clases dictadas: las dicotomías dominaban los relatos. Los grises siempre son difíciles de recordar, entonces ¿por qué no apegarnos a los blancos y negros? La biología es por excelencia, la ciencia de las excepciones, la ciencia del "depende de la especie", depende del ambiente, de sus adaptaciones y de la evolución.
Hoy venimos a romper con esas dicotomías y por qué no, a darle un giro de 180º a los conceptos que nos formaron: Bienvenidos al reino del revés.
Viajemos un ratito en el tiempo, vayamos precisamente a esa primer clase de biología en donde nos enseñaban las principales diferencias entre el reino animal y el reino de las plantas, si, obvio que los animales son heterótrofos porque se alimentan de otros seres vivos y que las plantas son autótrofas pues son capaces de fabricar su propio alimento. Pero, ¿donde caben todas las excepciones a la regla en esta clasificación? En el mundo natural ¿donde más?
Existen plantas que no realizan la fotosíntesis y se aprovechan del esfuerzo de otros, conocidas como plantas parásitas. Existen aproximadamente 3900 especies de plantas parásitas, lo que corresponde a un poco más del 1% de todos los organismos vegetales con flor (angiospermas) con una distribución global de climas muy variados.
Estas plantas se pueden clasificar como hemiparásitas si poseen clorofila, pudiendo así realizar la fotosíntesis, pero siempre van a necesitar de algunos nutrientes de su anfitrión (aunque hay algunas que pueden vivir independientemente de esta); en el caso contrario serán llamadas holoparásitas cuando no poseen clorofila y dependen completamente de su hospedador. Y por supuesto que estas plantas a su vez pueden tener hospedadores generales o específicos (a nosotros nos gusta llamarlos "cualquiera les viene bien" y "exquisitas", respectivamente).
Y claro que este cambio de estrategia o modo de vida hacia el parasitismo implica que la planta atraviese una serie de variaciones tanto morfológicas como moleculares que dejan a su famoso autotrofismo en un segundo plano.
Muchas de estas plantas, especialmente las holoparásitas, no presentan siquiera hojas (o se encuentran reducidas a escamitas), es por esto que son muy difíciles de distinguir a simple vista, pudiendo hospedarse tanto en el tallo (camufladisimas, claro esta) o en las raíces (por debajo de la tierra) de su parasitado. En consecuencia, sólo son visibles en épocas de floración, pues lo que escapa de este camuflaje son los colores llamativos de sus estructuras reproductivas, las dichosas flores.
Generalmente presentan raíces modificadas llamadas haustorios que penetran a la planta hospedadora para así localizar los tejidos de conducción y absorber la savia elaborada (con todos los nutrientes y alimentos que fueron fabricadas por la pobre planta infectada...rata inmunda, animal rastrero ♫ ♫ ♫...). Es más, los haustorios son las únicas raíces que poseen estos organismos pues la raíz que se encontraba en el suelo, por lo general y después de cierto tiempo, perece.
Todos estos procesos y todas estas estructuras (la capacidad de camuflarse, las raíces modificadas, la ausencia de hojas) son extremadamente sofisticadas, han sido diseñadas para parecerse a los procesos fisiológicos del hospedante y engañar a sus mecanismos de defensa. Sin embargo, la planta que está siendo parasitada no se queda atrás, pues es capaz de producir más tejido lignificado (duro) o producir sustancias que inhiben el crecimiento de los haustorios para así defenderse del ataque, una verdadera batalla silenciosa.
A nivel genético podemos observar que una de las modificaciones más importantes es la pérdida de la capacidad de generar clorofila y hacer fotosíntesis, básicamente las características que mejor describen al reino vegetal ¿que giro no?
Aun así hay algo más. Se han encontrado genes de plantas parásitas provenientes de la hospedadora, por lo que se cree que hubo y que hay un intercambio genético entre ambas especies, fenómeno conocido como transferencia génica horizontal (TGH), que es común en bacterias, mas no tanto en organismos eucariotas como las plantas.
Para este caso particular se ha propuesto una hipótesis que implica que las mitocondrias completas de la planta hospedadora atraviesan el punto de contacto e ingresan a las células del parásito y allí se fusionan generando verdaderas mitocondrias quimeras, permitiendo el intercambio genético entre ellas (no les bastaba con robarles los nutrientes sino que ahora deciden ir por los genes también). Posteriormente, gracias a la increíble capacidad de las células vegetales de transformarse en otros tipos de células (totipotencialidad para los amigos), pueden dar origen a un brote nuevo que presente ya los genes de ambas plantas.
Ahora bien, es hora de ejemplificar y de ponerle una cara a tanta planta parásita, he aquí el género Cuscuta. Estas amiguitas son holoparásitas muy comunes y conocidas principalmente por científicos y agrónomos debido a su capacidad destructiva, pues al no tener hojas, forman verdaderas redes con sus tallos amarillentos que envuelven por completo a la copa de un árbol y lo parasita en distintas partes (ni te imagines lo que le hace a las indefensas plantas herbáceas, que pueden envolverla y matarla en cuestión de días). Para facilitar el traslado de nutrientes, esta planta es capaz de autoparasitarse para crear verdaderos atajos y, de esta manera, que ninguna célula se quede sin su porción de rica savia.
Estas plantas se han estudiado con el objetivo de dilucidar cómo hacen para buscar a su víctima pues, al comienzo del desarrollo, son como cualquier planta ordinaria, y pueden sobrevivir solas debido a las reservas energéticas almacenadas tanto en la semilla como en las primeras hojas (cotiledones). Sin embargo, una vez acabada esta reserva, en el hipotético caso de no poseer clorofila, es necesario buscar un hospedador que le brinde nutrientes, agua y sales minerales para continuar su desarrollo.
La doctora Consuelo de Moraes, bióloga de Penn State, llevó a cabo una serie de experimentos en los que obtuvo resultados sorprendentes. En primer lugar colocó una planta de género Cuscuta entre otras dos macetas, una vacía y la otra con una planta de plástico. La parte más extrema de la planta no se inclinó hacia ninguna de las dos, lo que sugiere que no son factores físicos (entrada y cambio de luz). En un segundo experimento, se probó con una tomatera real en distintas condiciones (luz apagada, luz encendida, un obstáculo entre el parásito y la planta de tomate, ambas plantas encerradas en cajas conectadas por un tubo) y en todos los casos se acercaba hacia la tomatera. Para finalizar probó con dos plantas distintas, la misma planta de tomate y un trigo. A pesar de distintas combinaciones la planta siempre elegía al suculento tomate. Al parecer es guiada por sustancias químicas en el aire (similar a nuestro olfato) que le permite a esta especie elegir su comida, digo, su próxima víctima.
Después de este paseo por las maravillas de las plantas parásitas, capaces de "comer a otros", es hora de ver la otra cara de la moneda, o la otra cara de la excepción. Esto sería, ¿animales capaces de hacer fotosíntesis?
Con ustedes: Elysia chlorotica, nuestro molusco prodigio, que no solo es capaz de fotosintetizar asimilados, sino que curiosamente también tiene un aspecto similar al de una hoja. Este molusco gasterópodo o babosa de mar es capaz de sobrevivir durante meses gracias a su alimentación basada en luz solar. Y claro que esta información nos resulta sorprendente, la sorpresa es resultado de toda una vida asociando la fotosíntesis exclusivamente a plantas o algas- Hallar un animal que se beneficie directa o indirectamente del sol es realmente algo icónico.
Elysia es capaz de realizar la fotosíntesis gracias a que mantiene una relación endosimbiótica con Vaucheria litorea, un alga marina verde-amarilla que crece en forma de filamentos y constituye la dieta de la babosa de mar. A través de un fenómeno llamado cleptoplastia, nuestro animal fotosintético no solo se alimenta del alga, sino que asimila sus cloroplastos (los orgánulos fotosintetizadores), para poder aprovechar su maravillosa capacidad autótrofa y nutrirse por sí sola, cuando escasean los ejemplares de las otras algas que suele consumir.
Lo asombroso de su modo de vida recae en cómo es que los cloroplastos del alga, una vez dentro de los divertículos digestivos de la babosa, pueden cumplir con sus funciones fotosintetizadores sin el correcto reaprovisionamiento de proteínas, que le era posible gracias a la información contenida dentro de las células del alga. Es decir que Elysia no solo debió ser muy cuidadosa a la hora de digerir a su alga favorita, si no que de seguro tiene un haz bajo la manga que le permite mantener a toda la maquinaria en funcionamiento.
Y aquí es cuando la historia del intercambio genético se vuelve a repetir, en 2018 investigadores de la Universidad de Queensland, Australia realizaron análisis en las secuencias de ARN de E. chlorotica para probar la idea de que el secuestro de cloroplastos de Vaucheria deja una marca significativa en la expresión génica durante el desarrollo de nuestra babosa hospedadora. Estos estudios culminaron en una fuerte aceptación alrededor de esta hipótesis, y demuestran que ante la exposición y la ingesta de los plástidos de V. litorea los genes relacionados con la respuesta al estrés oxidativo (es decir a compuestos llamados radicales libres que pueden llegar a ser ultra dañinos para el animal), se encuentran mucho más regulados. Todo esto para decir que efectivamente si, nuestra babosa de mar ha desarrollado un séquito de maquinarias moleculares para responder, tolerar y mantener su simbiosis con los cloroplastos robados del alga marina.
Cuando no, la evolución y la biodiversidad demostrandonos que no hay dicotomía que abarque tanta variación, que los reinos no son ni blancos ni negros. Hoy una planta parásita como Cuscuta y un animal fotosintético como Elysia vinieron a evidenciar que, una vez más, en la biología no hay excepciones, solo una cantidad excesiva de matices y variedad.
- Mauricio Landi & Guadalupe Gomez
Bibliografía:
Cheong Xin Chan et al, Active Host Response to Algal Symbionts in the Sea Slug Elysia chlorotica, Molecular Biology and Evolution (2018). DOI: 10.1093/molbev/msy061
Mescher, M. C., Runyon, J., & De Moraes, C. M. (2006). Plant Host Finding by Parasitic Plants. Plant Signaling & Behavior, 1(6), 284-286.https://doi.org/10.4161/psb.1.6.3562
Yoshida, S., Maruyama, S., Nozaki, H., & Shirasu, K. (2010). Horizontal Gene Transfer by the Parasitic Plant Striga hermonthica. Science, 328(5982), 1128. https://doi.org/10.1126/science.1187145
Shen, H., Ye, W., Hong, L., Huang, H., Wang, Z., Deng, X., Yang, Q., & Xu, Z. (2006). Progress in Parasitic Plant Biology: Host Selection and Nutrient Transfer. Plant Biology, 8(2), 175-185. https://doi.org/10.1055/s-2006-923796