Los animales somos heterótrofos. Este término significa que precisamos oxidar materia orgánica para obtener energía y sobrevivir[1]. En esto nos distinguimos de las algas y las plantas verdes, que son capaces de hacer la fotosíntesis y solo requieren nutrientes inorgánicos y luz.

¿Hubiera sido conveniente para los animales desarrollar capacidad fotosintética? No es tan fácil. En realidad, solo un grupo de organismos “aprendió” a hacer la fotosíntesis hace unos 3000 millones de años. Hablamos de las cianobacterias. Esto cambió la historia de la vida en la Tierra, ya que desencadenó un proceso de acumulación de oxígeno en la atmósfera, oxígeno que, mucho después, permitió a los animales oxidar moléculas orgánicas y obtener energía. Todos los demás organismos fotosintéticos (algas o plantas) derivan de un evento de simbiosis que transformó cianobacterias primitivas en orgánulos celulares: los cloroplastos.

Esta capacidad de establecer simbiosis para adquirir capacidad fotosintética sí que ha sido aprovechada por algunos animales. Las zooxantelas son algas microscópicas que forman asociaciones simbióticas con animales marinos de diferentes grupos. El caso más conocido es el de los corales arrecifales, pero también se dan casos en anémonas, medusas, esponjas y varios grupos de moluscos bivalvos, como comentamos en un artículo anterior.

Un caso más exótico es el del ajolote Ambystoma maculatum, cuyos embriones se desarrollan en masas gelatinosas que son invadidas por algas verdes del género Oophila. En 2011 se demostró que esas algas invaden las células embrionarias, proporcionando nutrientes para el desarrollo. Es un caso excepcional de simbiosis fotosintética en vertebrados.

Es importante señalar que la fotosíntesis en estos casos no cubre todas las necesidades del animal hospedador, ya que proporciona como mucho el 90% de la energía necesaria. Es decir, los animales “fotosintéticos” siguen necesitando alimentarse de materia orgánica.

Un caso excepcional, que no implica simbiosis con zooxantelas, es el protagonizado por cinco especies del género Elysia, gasterópodos marinos de aguas tropicales y templadas. Estas especies se alimentan de algas, pero sus células intestinales son capaces de absorber y mantener activos a los cloroplastos. Este “intestino fotosintético” forma una red de túbulos que se distribuyen por todo el cuerpo dándole un bonito color verde (Figura 1). El fenómeno se denomina “cleptoplastia”.

Los cloroplastos de Elysia se mantienen activos durante muchos meses. Esto planteaba un enigma. Los cloroplastos de las plantas verdes, derivados de una antiquísima simbiosis con cianobacterias, han transferido parte del genoma bacteriano ancestral al núcleo de la planta. Por tanto, el genoma nuclear produce una parte importante de las proteínas que el cloroplasto necesita para su función. En el genoma de Elysia no hay genes transferidos que soporten la función de los cloroplastos. ¿Cómo es posible que sobrevivan tanto tiempo y mantengan la fotosíntesis?

Un estudio recién publicado en Cell por investigadores de la Universidad de Harvard nos permite comprender mejor cómo Elysia gestiona sus cloroplastos. Elysia perfora la pared celular del alga y succiona el contenido del citoplasma. Los cloroplastos son absorbidos por las células intestinales en el interior de fagosomas, las vesículas que utilizan las células en el proceso de fagocitosis. Normalmente, los fagosomas se fusionan con lisosomas, vesículas que contienen enzimas digestivas. Esto permite degradar y digerir el contenido fagocitado.

En el caso de Elysia, ese proceso de fusión se paraliza, manteniendo durante mucho tiempo el cloroplasto dentro del fagosoma. Al mismo tiempo, la vesícula desarrolla canales de comunicación con el citoplasma, permitiendo que el interior del fagosoma sea propicio para la supervivencia y la función del cloroplasto. Por tanto, estamos hablando de un tipo especializado de fagosoma que recibe el nombre de “cleptosoma”.

Una cuestión importante es que el cleptosoma no tiene forma de exportar los productos de la fotosíntesis a la célula hospedadora. Los autores del estudio sugieren que estos productos se acumulan en el cleptosoma en forma de “despensa”. En un momento dado se reanuda la fusión con el lisosoma, incorporando los nutrientes almacenados al metabolismo celular (Figura 2). Es decir, se establece un ciclo de cleptosomas que almacenan nutrientes y finalmente son digeridos y reemplazados por nuevos cleptosomas. De hecho, hay una relación inversa entre la autofluorescencia del cleptosoma, indicadora de la presencia de clorofila, y la expresión de la proteína Rab7, que en los fagosomas marca la etapa madura, previa a la fusión con los lisosomas. Es decir, cuando los cloroplastos degeneran, el cleptosoma queda marcado con Rab7 y está listo para culminar el proceso de digestión de su contenido.

Esta “despensa” permite a Elysia soportar largos periodos de ayuno. Mientras que otro molusco similar, Aplysia, no supera las cuatro semanas sin comer, Elysia puede sobrevivir hasta diez semanas. Eso sí, con el tiempo va perdiendo su bonito color verde y se vuelve amarilla a causa de la digestión de los cloroplastos.

Una propuesta interesante de este estudio es que el mecanismo desarrollado por Elysia es convergente con el que utilizan los corales para mantener a las zooxantelas. En ambos casos las vesículas que contienen cloroplastos (cleptsomas) o zooxantelas (simbiosomas) derivan de fagosomas arrestados en el proceso de fusión con lisosomas. Prueba de ello es la expresión de Rab7 en la membrana de los simbiosomas de los corales, expresión que aumenta a medida que pierden su contenido fotosintético, exactamente igual que ocurre con los cleptosomas.

Referencias

Allard, C.A.H., Thies, A.B., Mitra, R. et al. (2025) A host organelle integrates stolen chloroplasts for animal photosynthesis. Cell doi: 10.1016/j.cell.2025.06.003.

Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga.

Nota:

[1] Hay excepciones. Un cnidario parásito del salmón y tres especies del loricíferos pueden vivir sin oxígeno, como describimos en este articulo.