Rectificar és de savis

Fa dos dies que parlava dels endosimbionts i explicava l’estratègia del llimac marí que xucla algues per sobreviure durant mesos gràcies a la fotosíntesi dels plastidis “robats” a les algues, i a gaudir del sol!

carousel_1.14197_slug

Elysia timida amb orgànuls fotosintètics d’algues. S. Gould / J. De Vries.

Doncs la ciència avança que dóna gust i el que et penses que és una veritat absoluta, ve algú i la desmunta. És part del joc.

Els “llimacs-energia solar” ens l’han jugada. Contràriament al que es pensava, no està clar que utilitzin les algues com el seu panell solar personal. Un equip d’investigadors ha demostrat i ha publicat avui mateix que els plastidis no només són una font d’energia solar sinó que podrien ser reserves d’aliment de digestió lenta, o sigui, que si cal, també se’ls cruspeixen.

Els investigadors varen bloquejar la fotosíntesi posant els llimacs a la foscor, o bé, amb un fàrmac inhibidor de fotosíntesi. El resultat és que els llimacs poden sobreviure mesos, sense aliment i sense llum, i tan feliços, perquè, a part d’emmagatzemar els plastidis al llarg del cos, quan els hi convé, en temps de penúria, els digereixen.

Això no és tanta simbiosis, eh! i a sobre la llimac s’anomena Elysia timida… tímida?

Comparteix el sol amb mi

Ets una cèl·lula i t’interessa connectar amb un company fotosintètic i adquirir els seus plastidis. Sembla fàcil, però clar, has d’afegir aquest company al teu funcionament, aprofitar la seva producció d’energia i mantenir el teu endosimbiont content per controlar el seu ADN. Doncs fins ara només havíem parlat de mircroorganismes però l’evolució té molta imaginació. Algunes criatures han aconseguit trobar un company fotosintètic i s’han associat d’una manera molt creativa. Una de les criatures és el llimac marí, i l’altra, és la salamandra tacada.

La Elysia chlorotica és un llimac marí que xucla una alga filamentosa, la Vaucheria litorea, i reté els plastidis de les algues dins les seves pròpies cèl·lules, sota l’epidermis. El llimac pot sobreviure durant mesos gràcies a la fotosíntesi dels plastidis “robats” pels sucres que produeixen. Una bona estratègia perquè els plastidis segueixen funcionant dins el llimac durant gairebé un any, i tot el que ha de fer el llimac és menjar de tant en tant una mica més d’algues per reposar l’estoc. Ara bé, la pregunta és, si el llimac conserva només els plastidis de la seva presa-alga i no manté el nucli de les algues on hi ha la major part dels gens, com és que els plastidis segueixen funcionant dins de les cèl·lules del llimac? La resposta és que molts gens de l’alga ja estan integrats en l’ADN el llimac doncs han estat transferits horitzontalment i permet al llimac fer rutllar els plastidis de l’alga perquè faci fotosíntesi durant mesos. I a gaudir del sol!

oophila

Embrions de salamandra amb algues verdes polissontes. R. Hangarter.

L’altra gran experta en algues és la salamandra Ambystoma maculatum que prefereix les algues verdes, sobretot la Oophila amblystomatis. L’associació simbiòtica entre la salamandra i l’alga es coneixia des de fa molt de temps però es pensava que era externa. Quan es van mirar de prop els embrions de la salamandra, es van adonar que, tant els embrions com la càpsula de gelatina que els envoltava, tenien un color verd. El color és degut a l’alga, a la Oophila. Primer es va pensar que hi havia una simbiosi entre l’embrió i les algues que vivien a fora, però varen demostrar que les algues es trobem dins de les cèl·lules de tot el cos de la salamandra i dels embrions. Fins i tot les varen trobar en els oviductes de la femella, on es formen els embrions, cosa que apunta a què les algues simbiòtiques de la mare passen a la descendència durant reproducció. És el primer exemple d’una coexistència tan estreta entre un vertebrat i un organisme fotosintètic.

És un misteri com es mantenen les algues simbionts dins de les cèl·lules de salamandra. Les cèl·lules dels vertebrats tenen una mena de sistema immune que destrueix el material biològic que considera “estrany” i per tant es pensava que era impossible que un simbiont pogués viure de manera estable dins d’elles. Però, en aquest cas, o bé el sistema immunològic de la salamandra està apagat o les algues l’han anul·lat. Tampoc es coneix com es va originar aquesta relació, però, evidentment, és beneficiosa per les dues parts. Les algues subministren productes de la fotosíntesi, oxigen i hidrats de carboni, directament a les cèl·lules de salamandra i aquestes ajuden al creixement de les algues. També s’ha vist que els embrions que no tenen algues en la gelatina que els envolta triguen a eclosionar, tot el contrari dels embrions feliços, que produeixen compostos que són útils per a les algues i les algues creixen i augmenten el contingut d’oxigen a l’aigua propera als embrions a mesura que es desenvolupen. Res, quid pro quo.

Atrapa’m, si pots!

Quan dos organismes diferents viuen associats i cadascú en treu un benefici parlem de simbiosi.

El món està ple de simbiosi. L’anémona de mar i el peix pallasso, els pins i els rovellons, els corals i les dinoflagel·lades. Són dues especies que juguen en equips i lligues diferents però estableixen relacions a llarg termini i se’n beneficien tots dos. Hi ha qui porta això a l’extrem. Hi ha organismes que estan dins les cèl·lules o dins de teixits d’un altre, és l’endosimbiosi. Sembla estrany, oi? però de fet l’endosimbiosi és la millor invenció en l’evolució, doncs va donar lloc l’origen de les cèl·lules eucariotes. La incorporació d’una cèl·lula procariota dins una altra cèl·lula hauria originat orgànuls cel·lulars com els mitocondris i plastidis (aquests últims en les cèl·lules vegetals).

nines

Matrioixques o nines russes. A l’interior de cada nina, hi ha una altra nina més petita, i així successivament.

Per què, ja posats a provar coses, si has d’incorporar algú dins teu, quin deu ser l’endosimbiont més profitós? Doncs integrar un generador d’energia, un endosimbiont fotosintètic. La hipòtesis és que fa uns 1,5 milions d’anys, una cèl·lula eucariota heteròtrofa va ingerir i retenir un cianobacteri fotosintètic de vida lliure. Així l’endosimbiont fotosintètic al llarg del temps va donar lloc als cloroplasts, que varen quedar totalment integrats en la cèl·lula d’acollida. Es pensa que aquest esdeveniment, l’ endosimbiosi primària, és la font de tots els plastidis coneguts. De fet les plantes i les algues són el producte d’aquests antiga fusió.

Ara bé, he dit primària perquè l’origen de plastidis d’altres grups d’eucariotes pot ser més complicat. Per què no adoptar una cèl·lula eucariota que ja conté un plastidi primari dins seu? Sembla que estiguem negociant els plastidis, oi?. Doncs si, hi ha plastidis secundaris en llinatges d’algues marines i, és clar, si atrapes una cèl·lula amb aquestes característiques, estàs incorporant una cèl·lula sencera, amb els seu nucli eucariota funcional. Pel mateix preu tens funcions d’un nucli extra! No es coneix bé quantes vegades ha passat això, però si es coneix que té un impacte gran en la diversitat dels organismes. Es pensa que més de la meitat de les cèl·lules eucariotes microbianes descrites, per exemple molts membres del fitoplàncton, han fet aquest camí.

Però no s’acaba aquí el tema. Què passa si una espècie dóna els seus plastidis secundaris a altres especies? Una endosimbiosi terciària. Hi ha algunes especies de dinoflagel·lades que ja tenien un plastidi secundari però que el van descartar per un de nou, incorporant altres algues, com ara diatomees. Uf! Que complicat és seguir l’intercanvi de plastidis en els eucariotes. Doncs encara s’ha de filar més prim. El tema és complica amb les espècies que varen incorporar i contenen plastidis i han perdut les seves capacitats fotosintètiques. Hi ha plantes que han abandonat la fotosíntesi i hi ha paràsits, com el de la malària, que tot i que no el necessiten, tenen restes de plastidis al seu interior. Perquè mantenir un plastidi fotosintètic, sinó el necessites? Deu ser que plastidi serveix per altres funcions? El fet que algunes espècies conservin plastidis, fins i tot després de perdre seva funció, és com haver de carregar amb una bombeta trencada, però fa entendre que aquests orgànuls adquirits tenen d’altres funcions. Per exemple, el paràsit de la malària no pot sobreviure a la sang sense el seu antic plastidi.

Es coneix que, en les endosimbiosi primàries, els gens que pertanyen al cianobacteri incorporat s’integren en el genoma de cèl·lula d’acollida, o fins i tot desapareixen completament. Els gens migren, l’endosimbiont perd certa autonomia i la cèl·lula d’acollida guanya una mica de control. Com a resultat d’aquest procés, els genomes dels plastidis actuals són insignificants mentre que el nucli de la cèl·lula d’acollida conté una enorme “empremta” endosimbiòtica en els seus gens. Ara imagineu espècies que van adquirir un plastidi secundari perquè varen incorporar tota una eucariota fotosintètica. Doncs hi ha onades de migració de gens, i aquesta vegada del genoma de l’endosimbiont algal a la cèl·lula d’acollida. Per tant, les espècies amb plastidis secundaris tenen els gens que van començar el seu viatge en un cianobacteri, després una migració cap un genoma nuclear i després cap l’ADN nuclear d’una nova cèl·lula d’acollida. I ara ja sabeu que també hi ha endosimbiosi terciària, oi? Resultat, doncs genomes encara més complexos. Ben bé un mosaic de gens.

Tot plegat es resumeix que amb el pas del temps, part dels gens dels endosimbionts es transfereixen al genoma de la cèl·lula d’acollida i l’associació entre dues espècies diferents explica com es poden aconseguir i perdre nous caràcters al llarg de l’evolució. La teoria endosimbiòtica, gràcies Lynn Margulis!

Vida latent

El retrocés de les glaceres és un indici del canvi global que vivim. Ara, aquest procés ens ha donat una altra pista. Es suposava que, quan un terreny nou es quedava exposat degut al retrocés de la glacera, les plantes, que quedaven exposades altre cop, estaven mortes i hi havia una colonització de les plantes properes al marge.

El que s’ha descobert és que hi ha molses que, tot i haver estat congelades sota una glacera, un cop queden descobertes, poden créixer després de segles d’inactivitat. I quan dic segles, vull dir entre 400 – 600 anys! Han trobat molses d’una glacera canadenca que varen ser sepultades durant la Petita Edat de Gel (1550 – 1850). Les molses estaven intactes i en les noves condicions ambientals, creixien. Ja es coneixia que les molses poden viure en condicions extremes excessives per altres plantes. Són plantes molt eficients, simples i fa més de 400 milions d’anys que existeixen, per tant han tingut temps de desenvolupar resistències. També es coneixia que poden romandre en estat latent durant molts anys, i després es reactiven, per exemple, en els deserts. Però, créixer després de segles, ha sorprès, doncs a més a més, qualsevol cèl·lula de la planta pot reprogramar-se per iniciar el desenvolupament de tota una nova planta. Això seria l’equivalent a les cèl·lules mare en cèl·lules animals.

IMG_0824

Marea baixa en un estuari atlàntic.

Per allò de l’associació d’idees, el tema de la vida latent m’ha fet pensar en les algues. Les microalgues també es poden recuperar després d’estar enterrades molt de temps en el fang més pudent, a les fosques i sense oxigen.

En el cicle biològic d’algunes microalgues, hi ha una fase que neda a la columna d’aigua i una altra de resistència. Segons les condicions, la fase nedadora s’enquista en la forma de resistència que anomen cist. Aquesta fase és similar a una llavor en les plantes. El cist no neda i sedimenta al fons del mar, on es conserva. Val a dir que, en el mar, hi ha sediments i sediments i aquestes fases s’acumulen en els més fins, les argiles i els llims. Si a més a més, són sediments on no hi ha oxigen, doncs es conserven millor.

Recordeu la típica olor d’ous podrits? Doncs si, recollim i remenem fangs per trobar les fases de resistència de les algues, però és, en aquests ambients tan desagradables, on trobem moltes espècies que ens interessen. Estan totes en dormició. Tamisem el fang, separem els cists i els posem en condicions òptimes de creixement, amb llum i oxigen. Es coneix que els cists poden germinar i créixerfins i tot, després d’un segle de repòs. No tenen el record guiness de les molses, però un segle també està bé. I tant se val que els cists hagin estat en repòs 10 o 80 anys, creixen igual. Així doncs, ens mirem els sediments marins com un banc de llavors d’espècies, on les fases resistents estan preparades per renéixer si es donen les condicions ambientals idònies.

Mira per on, tenim altres bancs, els bancs de biodiversitat en les glaceres i els fangs!