"Elysia", una criatura fantàstica

(Segons Blogger, aquesta entrada fa el número 700, de les que he anat fent en aquest bloc. He pensat que havia de dedicar-la a algú molt especial, i he triat una criatura que em fascina i que, tot i que no he vist mai al natural, espero veure-la algun dia.)

Elysia chlorotica, el mol·lusc fotosintètic

(Foto: Article Mary Rumph i cols. PNAS 105:17867-17871)

Elysia chlorotica és una mena de llimac marí (un mol·lusc gasteròpode, com els cargols; de fet, és com un cargol sense closca) que viu a la costa atlàntica del continent americà, i es pot trobar des de Nova Escòcia (Canadà) fins a Carolina del Nord (Estats Units), tot i que de vegades també pot arribar a Florida. Normalment té una llargada d'entre 2 i 3 cm, però se'n poden trobar exemplars de fins a 6 centímetres. Sol viure en aiguamolls salobres on s'alimenta de l'alga verda Vaucheria litorea. Fins aquí no sembla que aquest cargol sense closca tingui res d'extraordinari. Allò que el fa tan especial són les conseqüències de la seva alimentació. Perquè, en comptes de pair l'alga i eliminar-ne els residus, en realitat en xucla els cloroplasts, que incorpora al seu organisme, cosa que li permet viure com si ell mateix --el mol·lusc-- fos una alga o una planta verda, aprofitant l'energia de la llum i el diòxid de carboni que té a l'abast.

Però, què són els cloroplasts? Són uns orgànuls propis de les cèl·lules vegetals, que contenen un pigment anomenat clorofil·la, i en els quals es duu a terme la fotosíntesi. Des del punt de vista evolutiu, els cloroplasts són organismes unicel·lulars fotosintètics que en algun moment van establir una relació simbiòtica amb cèl·lules que potser els engolien per alimentar-se'n. Aquesta relació va acabar sent permanent. La prova que els cloroplasts havien estat organismes independents és la presència al seu interior de material genètic propi, sense relació amb el de la cèl·lula on es troba.

Cèl·lules vegetals amb nombrosos cloroplasts
(Foto: Kristian Peters, 2006. Llicència de documentació lliure GNU 1.2)

Tornant a Elysia, aquest cargol sense closca no és l'únic ésser viu que pot incorporar cloroplasts d'altres organismes, un fenomen que es coneix com a cleptoplàstia, que vol dir 'furt de plastidis' (un cloroplast és un plastidi amb clorofil·la). Hi ha altres llimacs del mateix grup que Elysia que practiquen la cleptoplàstia, i aquest fenomen també es dóna en alguns protists dinoflagel·lats, però no hi ha cap espècie en què els plastidis es mantinguin tant de temps en l'organisme que els ha incorporat com a E. chlorotica. En el laboratori, aquest llimac pot viure en un aquari fins uns 8 o 9 mesos sense cap més "aliment" que diòxid de carboni i llum (el temps que dura la seva vida en el medi natural és d'uns 10 mesos). Això és possible gràcies a l'associació simbiòtica que Elysia estableix amb els cloroplasts de l'alga de què s'alimenta; són atrapats per unes cèl·lules del seu aparell digestiu i a l'interior d'aquestes cèl·lules duen a terme la fotosíntesi, com ho feien quan eren dins les cèl·lules de l'alga. Aquesta simbiosi, però, no és hereditària, com ho és en l'alga i en els organismes fotosintètics que coneixem; s'ha de renovar a cada generació. Es desenvolupa en les petites elísies, tan bon punt comencen a alimentar-se de l'alga.

Dins d'una cèl·lula, com dins de tot organisme, hi ha un reciclatge; molts dels seus components es fan i desfan contínuament. I les instruccions per a construir les molècules que es reciclen es troben en el DNA de la cèl·lula. El fet que el cloroplast pugui continuar funcionant fora de la seva cèl·lula original podria explicar-se per diverses causes: a) que totes les seves proteïnes fossin estables i es mantinguessin intactes, sense que se n'haguessin de sintetitzar de noves (fet molt poc probable), b) que alguns gens del cloroplast haguessin estat incorporats al genoma de les cèl·lules d'Elysia on queden atrapats els cloroplasts i la maquinaria d'aquestes cèl·lules fabriqués les proteïnes que els cloroplasts necessiten; i c) que els cloroplasts simbiòtics tinguessin un grau elevat d'autonomia genètica, que els permetés mantenir la seva funcionalitat encara que abandonin la cèl·lula de l'alga on viuen habitualment.

Mary Rumpho, de la Universitat de Maine, i altres investigadors nord-americans fa anys que estudien aquest extraordinari mol·lusc. El novembre de 2008 van publicar un article a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences què demostra que la hipòtesi que es compleix és la segona. Per una banda van seqüenciar el genoma del cloroplast i no hi van trobar tots els gens que són necessaris per a la fotosíntesi. Per altra banda, van trobar que un gen necessari per al tipus de fotosíntesi que fa l'alga (el gen anomenat psbO) es troba incorporat en el genoma del mol·lusc. Aquest gen es troba també en l'alga Vaucheria litorea, de la qual obtenen el cloroplast. Però Elysia no adquireix aquest gen menjant-se l'alga de la qual obté el cloroplast, sinó que forma ja part de la seva dotació gènica. Es troba ja en la línia germinal, és a dir que es tracta d'un gen que es transmet d'una generació a la següent (en canvi, el cloroplast només el poden obtenir per ingestió). El tindria encara que deixés de menjar l'alga d'on prové el gen.

Aquest fenomen mitjançant el qual un organisme adquireix material genètic directament d'un altre es coneix com a transferència horitzontal de gens (per contraposició a la transferència vertical, en què un organisme rep el seu material genètic dels progenitors). És molt freqüent en els bacteris i com més va més proves es tenen que es dóna també en altres organismes. En el cas de "parelles" simbiòtiques amb una relació de simbiosi molt antiga, pot ser que a la llarga es passin gens d'un organisme a l'altre i que aquest canvi s'hagi estabilitzat al llarg de l'evolució; es diu que ambdós organismes han coevolucionat fins al punt de dependre mútuament l'un de l'altre. En el cas d'Elysia, però, el gen que ha incorporat de manera definitiva no li ve de l'organisme amb qui estableix la simbiosi (és a dir, cloroplast), sinó de l'alga d'on procedeix el cloroplast.

L'esmentat article conté material complementari de suport, que inclou la metodologia empleada per a l'estudi, un esquema de la història evolutiva dels cloroplasts del mol·lusc fotosintètic i un parell de vídeos que mostren Elysia chlorotica en dues fases de la seva vida: quan és encara molt jove, i té un color marronós, i quan ja ha incorporat els cloroplasts i ha esdevingut de color verd.Els dos vídeos estan disponibles també a YouTube i els incloc a continuació.

Elysia chlorotica jove:




Elysia chlorotica amb els seus cloroplasts endosimbiòtics:



Per saber-ne més: Symbio. A look into the life of a solar-powered sea slug. (Web de divulgació del grup que dirigeix Mary Rumpho a la Universitat de Maine).