Las plantas y otros organismos fotosintéticos fijan el CO2 y elaboran carbohidratos. Los animales no podemos hacer la fotosíntesis y aprovechar directamente la energía de la luz solar. No obstante, algunos animales establecen relaciones de simbiosis con organismos unicelulares fotosintéticos. Estos organismos reciben el nombre de zooxantelas y generalmente son dinoflagelados del género Symbiodinium, aunque pueden ser algas de diferentes tipos.
Las zooxantelas obtienen protección y elementos inorgánicos de su hospedador, y a cambio le proporcionan moléculas orgánicas. El caso más conocido de esta fotosimbiosis es el de los corales arrecifales. De hecho, el gravísimo problema conocido como blanqueo del coral se debe a la expulsión de las zooxantelas a causa de cambios medioambientales que provocan estrés en los corales.
Además de los corales, otros casos de fotosimbiosis se registran en esponjas, medusas o moluscos. Un caso excepcional es el gasterópodo Elysia chlorotica, la babosa esmeralda. Su color verde se debe a que se alimenta de algas, pero almacena los cloroplastos en divertículos digestivos en los que se sigue produciendo la fotosíntesis.
Varios grupos de moluscos lamelibranquios o bivalvos también aparecen asociados con zooxantelas, pero solo en dos de ellos se puede hablar de simbiosis obligada, sin la cual la supervivencia del molusco está comprometida. Los dos casos pertenecen a la familia de los cárdidos. Aquí encontramos a las famosas tridacnas, las almejas gigantes, que pueden alcanzar más de un metro de longitud y 300 Kg de peso (Figura 1). Se calcula que entre el 75% y el 90% de su nutrición deriva de la fotosíntesis. El segundo grupo de bivalvos con zooxantelas incluye a los berberechos de la subfamilia Fraginae, que tienen la característica forma de corazón que da nombre a los cárdidos (Figura 2).
En ambos casos las zooxantelas se ingieren durante el crecimiento de larvas y juveniles, y se almacenan en complejos divertículos del tubo digestivo. El problema es que estas zooxantelas necesitan exposición a la luz solar, y esto no es sencillo en un animal con valvas calcáreas. Las grandes tridacnas solucionan esto manteniendo sus valvas abiertas, incluso exponiendo su manto fuera de ellas (Figura 1). Sin embargo, los pequeños berberechos se mantienen cerrados y reciben la luz a través de sus conchas. ¿Cómo es posible?
Un estudio de las universidades de Chicago y Stanford, liderado por la Dra. Dakota McCoy, ha revelado las sorprendentes adaptaciones de Corculum cardissa para llevar la luz solar a sus zooxantelas. Este pequeño berberecho (3-4 cm) permanece semienterrado en la arena, exponiendo una zona aplanada de sus valvas al exterior. En esa zona existen una serie de pequeñas ventanas de forma variable que permiten el paso de la luz (Figura 2). Podría pensarse que se trata de zonas adelgazadas de la concha, pero no es así. De hecho, estas ventanas pueden ser más gruesas que las áreas opacas de la valva. ¿Cómo permiten el paso de la luz?
El estudio de McCoy y sus colaboradores ha mostrado que las ventanas están formadas por haces de finísimos cristales de aragonito (una forma cristalina del carbonato cálcico) de un micrómetro de diámetro, que funcionan como auténticas fibras ópticas (Figura 3). No se trata de que estos cristales sean transparentes y dejen pasar la luz, sino que la conducen a lo largo del cristal con mínimas pérdidas. De hecho, si se superpone el haz de fibras sobre una imagen, la imagen aparece proyectada en la superficie contraria.
La transmisión de la luz a través de las fibras de aragonito está optimizada para ser mucho mayor en las longitudes de onda largas (luz naranja y roja) y mucho menor en las cortas (radiación ultravioleta, perjudicial para las zooxantelas) (Figura 4). La luz roja produce una mayor eficiencia fotosintética a diferencia de la luz verde, que es reflejada. Precisamente por esto las plantas son verdes.
Las ventanas ocupan aproximadamente la mitad de la superficie de la concha expuesta a la luz. El resto está formado por cristales de aragonito en forma de láminas entrecruzadas, lo que da mayor solidez a la concha que la disposición en fibras. Existe, por tanto, un compromiso entre resistencia mecánica y transmisión de luz. En una parte de las ventanas, bajo el haz de fibras ópticas, hay un abultamiento que funciona como lente, concentrando la luz en un haz de 1 mm de diámetro y permitiendo una mayor penetración en los tejidos blandos (Figura 4).
Los parámetros del haz de fibras han mostrado que son el sistema óptimo para la transmisión de luz, tanto en lo que se refiere a su orientación (perpendicular a la superficie), su diámetro (1 m) e incluso el eje óptico elegido. El aragonito es un mineral ópticamente anisótropo. Esto significa que su índice de refracción es diferente en los tres ejes espaciales. Las fibras de aragonito están orientadas de acuerdo con el eje de mayor índice de refracción, orientación que coincide con la máxima eficiencia óptica. Cualquier otra disposición, según las simulaciones hechas con ordenador, resulta en una menor transmisión de luz.
Según los autores del artículo, este constituye el primer caso de haces de fibras ópticas encontradas en un ser vivo. Solo algunas espículas de esponjas tienen propiedades ópticas similares, aunque es dudoso que tengan utilidad relacionada con la transmisión de la luz. Por otro lado, solo se conoce otro caso de lentes aplicadas a la fotosíntesis: ciertas células epidérmicas de plantas angiospermas. En conclusión, las adaptaciones de Corculum cardissa para suministrar luz a sus fotosimbiontes son realmente extraordinarias.
Referencias
McCoy, D.E., Burns, D.H., Klopfer, E. et al. (2024). Heart cockle shells transmit sunlight to photosymbiotic algae using bundled fiber optic cables and condensing lenses. Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-024-53110-x
Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga