Natación sincronizada
Imagen de portada: Equipo de natación sincronizada [Autor: R. Rickman. Fuente: urbanfragment]
Gira el haz de luz para que se vea desde alta mar.
Yo buscaba el rumbo de regreso sin quererlo encontrar.
12 segundos de oscuridad (Jorge Drexler, 2006).
La luz es fuente de energía y también de información gracias al sentido de la vista. Y en nuestro caso también la necesitamos para cuestiones vitales como la síntesis de vitamina D.
En la mayoría de animales, ya tengan ojos parecidos a los nuestros u otra clase de fotoreceptores, la luz juega un papel clave en la vida. El crecimiento y desarrollo de las plantas dependen de ella así que también tienen «ojos» en forma de proteínas fotoreceptoras para el rojo/rojo lejano (fitocromos), azul/ultravioleta-A (criptocromos, fototropinas, etc.), y ultravioleta-B.
Gracias a las señales luminosas que captan esas proteínas la planta germina, se adapta al medio, crece y se reproduce. Y en el mar…¿qué pasa con las microalgas? pues ya imaginaréis que además de hacer fotosíntesis –igual que sus hermanas terrestres-, también usan la luz para otros asuntos como ajustar los ritmos diarios (circadianos), ciclos estacionales y detectar un exceso de luz visible y ultravioleta para prevenir daños.
Algunas microalgas tienen manchas oculares con proteínas fotoreceptoras y carotenoides, como Euglena. De hecho se conocen al menos 9 clases de algas con este tipo de orgánulos, entre los que destacan los oceloides del dinoflagelado Erythropsidinium del cual hablamos en «La insólita criatura del señor Hertwig». Erythropsidinium pertenece a una familia (Warnowiaceae) caracterizada por poseer «ojos microscópicos» elaborados.
Las funciones básicas de dichas estructuras en el fitoplancton son detectar luz ambiental y fototaxis (movimiento orientado según la luz). Además de manchas oculares y oceloides, los cloroplastos también pueden cumplir funciones parecidas, como en Chlamydomonas.
Los fotoreceptores están cerca de los flagelos para facilitar la transmisión de la información en modo de señales eléctricas o químicas que induzcan movimiento. Las microalgas no tienen cerebro ¡todo es acción-reacción!
Las especies sin manchas oculares también detectan cambios en la luz gracias a pigmentos fotosensores aunque no se conoce bien su localización en la célula. Ejemplos de ello son el dinoflagelado Prorocentrum donghaiense, diatomeas como Pseudo-nitzschia granii, y la haptofícea Phaeocystis globosa. Quédense con Pseudo-nitzschia porque pronto hablaremos de ella…
Hasta ahora hemos tratado de luz ambiental, fototaxis y flagelos. Pero en el caso de grupos como las diatomeas (sin flagelos en células vegetativas) su movilidad es limitada respecto a los organismos flagelados. Se mueven deslizándose sobre superficies, modificando la longitud de sus cadenas (solapando más o menos a los individuos que las integran) y regulando su flotabilidad en función de luz y nutrientes.
Pero un trabajo reciente ha descubierto que algunas diatomeas poseen una sorprendente habilidad: se comunican mediante la luz para coordinar su orientación y movimiento. ¡Un comportamiento social!
Font-Muñoz y col. (2021) estudiaron el movimiento de los cloroplastos y de las células de Pseudo-nitzschia delicatissima en condiciones de luz y oscuridad y descubrieron que estas oscilaban de forma distinta al sedimentar. Y que oscilaban sincronizadas.
La sincronización se debe a la luz roja emitida por la autofluorescencia de la clorofila. Es decir, la fluorescencia natural que emiten las células vivas.
Las diatomeas oscilan rítmicamente y este comportamiento produce señales intermitentes. Es decir, cada célula actúa como un faro que envía un código lumínico a las demás. Un faro rojo de clorofila en este caso.
Los pulsos individuales se sincronizaban rápidamente (a escalas de un minuto), y permitían identificar una señal característica en la población. Esos pulsos de luz dependen de la frecuencia de oscilación que cambia según la orientación en la que sedimenta la célula.
Y esa orientación es más horizontal o vertical en función del centro de masas que se desplaza según la posición de los cloroplastos. Cada Pseudo-nitzschia tiene dos y se juntan más o menos según la luz, tal que así:
La señal de fluorescencia es modulada por la cubierta de sílice de las células y esta a su vez se relaciona con la frecuencia de oscilación de los individuos. Eso sí, siempre que exista poca agitación en el agua porque si no las diatomeas no pueden seguir la natación sincronizada.
El color azul penetra más en el agua, pero la luz roja se transmite mejor a través de las diatomeas y pueden detectar esas señales ya que poseen fotoreceptores en el rojo (fitocromos), a diferencia de otros grupos del fitoplancton.
Para demostrar que la luz desencadenaba la sincronización, Font-Muñoz y col. expusieron un grupo de células a pulsos de luz roja imitando la señal emitida por otros individuos. Y…¡tachán! tras una breve transición, las diatomeas comenzaron a oscilar al son de dicha señal luminosa.
¿Qué función puede tener esta comunicación?
En diatomeas expuestas a distintas calidades de luz se ha observado que la luz roja puede alterar sus tasas de sedimentación y estimular la reproducción sexual, como en el caso de la diatomea azul pennada Haslea ostrearia.
La demostración de que existe una comunicación luminosa entre individuos podría cumplir una función adaptativa, como aumentar la irradiancia que reciben y la absorción de nutrientes. Y la oscilación de las células provoca que su patrón de sedimentación sea irregular facilitando que se encuentren entre sí, algo imprescindible para la reproducción sexual.
Así pues, la natación sincronizada de Pseudo-nitzschia delicatissima podría ser un modo eficaz –tanto para esta especie como para otras diatomeas pennadas-, de modificar y extender un comportamiento beneficioso a toda la población para aprovechar mejor las condiciones ambientales en cada momento.
Referencias:
- Colley N.J. y Nilsson D.-E. Photoreception in Phytoplankton. Integrative and Comparative Biology, 56 (5): 764–775. (2016).
- Font-Muñoz J.S. y col. Pelagic diatoms communicate through synchronized beacon natural fluorescence signaling. Sci. Adv. 7, eabj5230. (2021).
- Mawphlang O.I.L. y Kharshiing E.V. Photoreceptor mediated plant growth responses: implications for photoreceptor engineering toward improved performance in crops. Front. Plant Sci. 8:1181. (2017).
- Mouget R. y col. Light is a key factor in triggering sexual reproduction in the pennate diatom Haslea ostrearia. FEMS Microbiol. Ecol. 69:194–201. (2009).
- Wasmund N. y col. Biological assessment of the Baltic Sea 2017. Marine Science Reports No 108. (2018).