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Algas culturistas

Imagen de portada: Lithoptera fenestrata. Autor: Noé Sardet. Fuente: IPTC.

Nuestros protagonistas de hoy no son algas, no se pueden cultivar en el laboratorio y casi dos siglos después de su descubrimiento sabemos muy poco de ellos. Para empezar vamos a situarlos en el árbol de la vida: Reino Chromista, Subreino Rhizaria, Filo Radiozoa, Subfilo Radiolaria, Clase ACANTHARIA.

Acanthometra. Autor: E. Haeckel. Lámina 21 de Kunstformen der Natur (1904).

En 1856 el fisiólogo alemán Johannes Müller descubría en el Mediterráneo un nuevo grupo de organismos planctónicos al que denominó «Acanthometren«: entre ustedes y yo, acantarios.

Pero Müller murió en 1858 y la clasificación taxonómica que tenía entre manos la completó un estudiante suyo, Ernst Haeckel, que estudió luego muestras de acantarios de la expedición del HMS Challenger (1872-74).

Le imagino al microscopio, fascinado por sus formas imposibles: algunos como Lithoptera parecen copos de nieve, otros estrellas…no resulta extraño que décadas después los reprodujera en Kunstformen der Natur (1904), aunque en algunos dejó volar un poco su fantasía!

Suelen ser heterótrofos, pero algunos acantarios funcionan como gimnasios cuyos clientes son microalgas de músculos hipertrofiados (o mejor dicho, supercloroplastos!). Luego hablaremos de ellos…

Son especialmente abundantes en latitudes tropicales/subtropicales, en áreas oligotróficas de océano abierto y aguas superficiales (hasta 20-50 m) donde podemos observar hasta 40 células por litro.

Uno de sus rasgos más sorprendentes es que fabrican endoesqueletos de celestita. Acostumbrados a organismos con estructuras calcáreas o silíceas ¿qué diantre es la celestita? Pues sulfato de estroncio…normal si no les suena porque ningún otro organismo marino emplea este delicado biomineral.

Elementos empleados para el color de los fuegos artificiales. Fuente: EarthSky.

Por curiosidad les diré que el estroncio (en este caso en forma de carbonato) lo utilizamos, p. ej., para obtener el rojo en los fuegos artificiales.

La celestita se disuelve rápidamente en el mar e impide conservar un registro fósil de acantarios. Pero esto a ellos no les importa, porque es muy densa (el doble que el carbonato cálcico) y esta propiedad es muy útil en su ciclo de vida.

Resulta que los acantarios forman quistes –pero no de resistencia– sino como parte de su ciclo reproductivo. Sedimentan a gran velocidad y se han llegado a encontrar a profundidades de hasta 2000 m.

En capas profundas liberan hordas de minúsculos juveniles lo cual permite evitar a los predadores de superficie. Al menos ésa es la hipótesis.

Hoy en día se conocen alrededor de 50 géneros y 150 especies. Sus presas favoritas parecen ser ciliados y en menor medida copépodos, larvas de moluscos y fitoplancton.

Usando datos genéticos podemos separar a los acantarios en 6 grupos moleculares designados con letras (A-F). Pues bien: en los grupos B, E y F hay mixótrofos que cultivan algas simbiontes en su interior !

¿Y qué algas poseen los acantarios?

Acanthochiasma. Autor: E. Haeckel. Lámina 19 (nº8) de Kunstformen der Natur (1904).

En Acanthochiasma (grupo molecular B) se han encontrado varios géneros de dinoflagelados (Heterocapsa, Pelagodinium, Azadinium y Scrippsiella) así como haptofitas (Chrysochromulina).

Mientras, los acantarios de los clados E y F poseen un tipo concreto de fotosimbiontes: haptofitas del género Phaeocystis.

La especie varía según la región geográfica y los acantarios del Mediterráneo y de la Antártida mantienen fotosimbiontes de Phaeocystis cordata y P. antarctica, respectivamente.

La asociación de seres heterótrofos y fotosintéticos es común en zonas oligotróficas donde escasean los nutrientes y ambos se benefician de un acuerdo que les permite sobrevivir en el desierto marino.

Sin embargo, los acantarios con fotosimbiontes son también abundantes en regiones productivas de latitudes medias y altas como el Atlántico Noreste o el océano Antártico.

Acantarios y Phaeocystis: una simbiosis muy especial.

Phaeocystis es una microalga formadora de proliferaciones que podemos encontrar por todas partes (o dicho más finamente: es cosmopolita). Sobre la naturaleza de su asociación con acantarios como Lithoptera (imagen de portada) no había casi datos hasta ahora.

Sabíamos que los intentos de cultivarlas fuera del huésped eran infructuosos y que las Phaeocystis simbiontes poseían mayor tamaño, así como más mitocondrias y cloroplastos que las de vida libre. También conocíamos que los acantarios obtienen las algas del exterior: los juveniles no tienen…no las heredan.

Resumen gráfico donde se muestran las transformaciones de las Phaeocystis simbiontes frente a las de vida libre. Fuente: Decelle y col. (2019).

Pero Decelle y col. (2019) acaban de publicar un estudio detallado sobre las transformaciones que sufren las Phaeocystis simbiontes y la naturaleza de su relación con el huésped.

Para empezar, su volumen celular es 10 veces superior a la forma libre y llegan a tener 30 cloroplastos de gran tamaño (frente a sólo 2 en las células normales).

Su división celular está bloqueada y básicamente funcionan como máquinas para obtener energía, con una eficiencia fotosintética 3 veces superior a la de sus congéneres de vida libre.

Son Phaeocystis culturistas con supercloroplastos!

Además, las microalgas simbiontes están integradas en una vacuola intracelular (simbiosoma), donde el acantario les facilita nutrientes esenciales (metales traza como hierro & cobalto, así como nitrógeno & fósforo), limitantes para la producción primaria. Todo por la fotosíntesis!

Además, Phaeocystis produce grandes cantidades de DMSP que actúa como una defensa antioxidante en el interior de las células lo cual beneficia también a su huésped.

Por tanto, más que una simbiosis clásica, la relación acantarios-Phaeocystis es la de un huésped que explota a las algas y las modifica en su propio beneficio para maximizar la fotosíntesis, con la consecuencia de que no éstas pierden su independencia y al final del ciclo de vida (cuando ya no las necesitan), seguramente las digieran !

Referencias:

-Decelle J. y col. An original mode of symbiosis in open ocean plankton. PNAS 109:18000-18005 (2012).
-Decelle J. & Not F. Acantharia. En: eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. pp. 10. DOI: 10.1002/9780470015902.a0002102.pub2 (2015).
-Decelle J. y col. Algal remodeling in a ubiquitous planktonic photosymbiosis. Curr. Biol. 29:1–11 (2019).
-Stoecker D. y col. Mixotrophy in the Marine Plankton. Annu. Rev. Mar. Sci. 9:311–35 (2017).
-Recursos Web: Acantharia (https://www.wikiwand.com/de/Acantharia) y Web personal de Johan Decelle (https://johandecelle.wordpress.com/)

 

La ventana de Gaudí…

La invención del microscopio óptico se sitúa a comienzos del s.XVII, pero no es hasta el s.XIX cuando se introducen los mayores avances abriendo de par en par la exploración del mundo microscópico.

Lámina 56 (Copépodos).
Las 100 láminas están disponibles en
http://commons.wikimedia.org/wiki/Kunstformen_der_Natur
Y gracias a estas observaciones más precisas y al genio del zoólogo alemán Ernst Haeckel (1834-1919) fue posible la publicación de las ilustraciones de microorganismos en «Kunstformen der Natur» (Formas del arte de la naturaleza) entre 1899-1904.

El copyright de estas ilustraciones ha prescrito y está disponible de forma libre en internet.

Haeckel elaboró en esta fantástica obra de arte hasta 100 láminas de diversos seres vivos tan distintos como los antílopes y el plancton marino. Las representaciones del plancton tenían en ocasiones un cierto exageramiento «barroco» en su afán de recrear el más mínimo detalle…El «preciosismo» de Haeckel pudo estar influenciado por el «Jugendstil», una variante de Art Nouveau alemán.
Lámina 31 de Haeckel
(Radiolarios, Cyrtoidea)

Lo que sí es cierto es que los dibujos de Haeckel tuvieron una influencia en el Art Nouveau que se extendió por toda Europa a finales del s.XIX. En particular comentaremos dos ejemplos de arquitectura modernista inspirados en los radiolarios, un grupo del zooplancton que fabrica complejas estructuras de sílice y contiene muchas veces algas endosimbiontes (zooxantellas, dinoflagelados).

El primer ejemplo lo encontramos en la exposición universal de París de 1900, en una de las puertas de entrada de la exposición. El arquitecto René Binet, inspirado por las ilustraciones de radiolarios de Haeckel, diseñó una puerta monumental que luego fue llamada «Porte Binet».

Detalle de un radiolario dibujado por Haeckel, y la puerta «Binet» de la exposición
universal de París. Imagen disponible en http://exposicionparis1900.blogspot.com/

La «Porte Binet» estaba situada en la actual plaza de la Concordia y coexistió con la torre Eiffel, pero a diferencia de ésta fue desmontada al final de la exposición. Sin embargo, gracias a la infografía 3D, podemos viajar en el tiempo y verla tal como era en el año 1900. Para ello basta con dirigirse al enlace http://vimeo.com/10894607

El segundo ejemplo vino de la mano de Gaudí y éste sí lo podemos ver hoy en día en Barcelona, en la catedral de la Sagrada Familia…!!!

Arriba: detalle de la fachada
de la Sagrada Familia (Autor: Ismael Hdez. Silva).
Abajo: imágenes coloreadas de radiolarios
y en B/N la ilustración de uno similar por Haeckel.

 

En este edificio, como en muchas obras de Gaudí, existen continuas referencias a las formas vivas inspiradas en vegetales, conchas marinas, etc. Y el genial arquitecto catalán también imaginó que los radiolarios de Haeckel serían un buen modelo para el diseño de unas ventanas del claustro.
Esas ventanas las encontramos en la fachada de la Sagrada Familia, en la imagen de la izquierda aparecen junto a la base de la grúa amarilla. Y los radiolarios que eligió Gaudí para esas ventanas eran similares a los que muestra la siguiente imagen coloreada.
La anécdota es que la revista National Geographic en su edición de diciembre 2010 citaba que Gaudí se había basado en diatomeas para las ventanas del claustro. Pero lo ilustraban con el dibujo de un radiolario!!! tal como comprobamos en el montaje que cierra esta entrada.
Cierto es que diatomeas y radiolarios son silíceos, pero ahí terminan sus parecidos..!!!
Les dejo con 1) el comentario erróneo de National Geographic, 2) un detalle ampliado de las ventanas del claustro (Fuente: foroxerbar.com) y 3) una imagen real de radiolarios en el Pacífico, que realicé durante la campaña 6 de Malaspina.