Gusiluz, el mol·lusc fotosintètic i la transferència horitzontal de gens

Un dels temes més utilitzats en els arguments de les novel·les, còmics, videojocs o pel·lícules és el de l'equip d'especialistes. Des d'El senyor dels anells, les cròniques de la Dragonlance o la sèrie de Comandos, fins als còmics de El Jabato o El Capitán Trueno (o eren la mateixa persona?), s'han constituit equips, grups, o com se'ls hagi volgut anomenar, de personatges que, junts, generen un "ens" molt superior a la suma de les seves habilitats. Nans, elfs, humans i hòbbits; arquers, guerrers, mags i sanadors; franctiradors, espies, cepadors...

Sqguint aques "fil argumental" en aquesta entrada viatjarem des de la màxima de "la unió fa la força" fins a un mol·lusc fotosintètic, el nostre particular gusiluz.

A biologia la dita de "1+1 sumen més que dos" s'ha seguit en molts ocasions. Els líquens són associacions d'algues i fongs que produeixen una cosa nova. Les societats d'insectes, amb les seves especialitzacions, constitueixen veritables supra-organismes. Els mateixos organismes pluricel·lulars som societats de milions de cèl·lules especialitzades.

Les pròpies cèl·lules eucariotes són associacions de diferents bacteris (és la famosa teoria endosimbiòtica). ¿Com es va produir aquesta associació? ¿Com bacteris tan diferents (la proto-cèl·lula nucleada i els precursors de les mitocòndries i cloroplasts) van acabar juntes? Una de les teories és la de la "mala digestió" en la que ens trobaríem un bacteri gran que es "tragaria" a d'altres bacteris sense digerir-los del tot. Aquesta associació s'adaptaria millor al medi que els hi hauria tocat viure i va ser seleccionada positivament donant lloc a les cèl·lules eucariotes actuals.

Al darrer número del PNAS (Proceedings of the National Academy of Science) es publica un article (signat en primer lloc per Mary Rumpho, i editat per Lynn Margulis) centrat en l'estudi del mol·lusc fotosintètic Elysia chlorotica, un llimac marí de color esmeralda.

Cèl·lules vegetals amb els seus cloroplasts visibles. Image: Rasbak. Wikimedia commons

Els animals, fongs, algues eucariotes i vegetals són tots organismes eucariotes perquè es troben formats per cèl·lules eucariotes. Totes les cèl·lules d'aquests supergrups tenen nucli i mitocondris; les cèl·lules de les algues eucariotes i els vegetals són les úniques que tenen cloroplasts. Els cloroplasts són els orgànuls que realitzen la fotosíntesi transformant el diòxid de carboni i l'aigua en glucosa (el combustible dels éssers vius) gràcies a l'energia que li aporta la llum solar. Els cloroplasts, plens, entre d'altres, de clorofil·la, són els que li donen el color verd a les plantes... i al llimac marí Elysia chlorotica (que no seria el mateix que dir el llimac de l'El·lisi, no ens confonguem. Quelqu'un m'a dit).

Però redrecem-nos... no deiem que els cloroplasts eren exclusius d'algues eucariotes i vegetals? I és així. Aquesta espècie de llimac a co-evolucionat amb una espècie d'alga podent "adoptar" els seus cloroplasts per al seu ús i explotació.

Quan un nou llimac neix, ho fa sense cloroplasts... al llarg de la seva vida els ha d'anar adquirint. D'on? Entre els àpats preferits del gusiluz es troba l'alga eucariota Vaucheria litorea. Quan un gusiluz es menja aquestes algues no digereix tots els seus cloroplasts. Alguns s'incorporen a les cèl·lules del sistema digestiu. I allà segueixen la seva tasca fotosintètica, produint glucosa per al llimac.

És així de senzill? En un principi ho podria semblar. Aquesta alga té alguna cosa que li produeix glucosa. Me la menjo, li trec i me'l quedo Per què no fem nosaltres el mateix? Evidentment, la cosa no és així de banal.

Durant els centenars de milions d'anys que portyen co-evolucionant els orgànuls de les cèl·lules eucariotes s'han establert relacions que asseguren el seu funcionament en conjunt, però que fan que els components d'aquestes cèl·lules, tot i que abans eren bacteris de vida lliure, ara no puguin sobreviure per separat. Un mitocondri ja no pot sobreviure sense la cèl·lula eucariota ja que alguns dels gens que codifiquen per a proteïnes del mitocondri es troben ara al nucli. Sense el nucli, els mitocondris no estan completes. I el mateix passa amb els cloroplasts. Els cloroplasts dels vegetals i les algues eucariotes, inclosos els de la Vaucheria litorea, són incapaços de sobreviure i funcionar correctament sense les proteïnes codificades per gens que es troben al nucli de les algues (com la proteïna psbO) .

I aquí es troba la novetat del treball que avui comentem. Els cloroplasta de la Vaucheria sobreviuen i funcionen dins les cèl·lules del llimac Elysia tot i que no tinguin a mà el nucli de la seva alga. Si necessiten les proteïnes codificades per l'ADN de l'alga... com funciona dins els llimacs? Perquè el nucli de la babos també codifica per a aquestes proteïnes (si més no, per a la psbO). És a dir, al DNA de tots els llimacs de l'espècie E. chlorotica ens trobem gens originaris d'algues (com es demostra al comparar la seqüència dels gens de les dues espècies).

És evident que els llimacs i les algues han seguit camins evolutius molt i molt diferents des de que es van separar del seu ancestre comú, i que els gens que les algues van adquirir durant els seus centenars de milions d'anys de convivència amb els cloroplasts són totalment aliens als animals, grup al que pertanyen els llimcas. Com han pogut, doncs, adquirir aquest gen les baboses? Mitjançant el que es coneix com Transferència Horitzontal de Gens.

La tranferència vertical és la que es dóna de pares a fills i segueix la línia de la història evolutiva de cadascuna de les espècies. La horitzaontal es dóna entre diferents espècies. Aquesta transferència es dóna principalment entre organismes procariotes (les resistències de determinats bacteris a antibiòtics segueixen en ocasions aquesta via); és rar entre procariotes i eucariotes (com la que es dóna entre el procariota endosimbiont Wolbachia i les cèl·lules dels seus hostes insectes i nemàtodes); i és pràcticament inexistent entre organismes eucariotes (fins el moment s'han descrit com a anecdòtiques, transferències entre plantes paràsites i les plantes parasitades, tranferències de transposons, o transferències entre les plantes i nemàtodes parasitaris). La probabilitat de que es doni aquesta tranferència entre cèl·lules nucleades és tan baixa que segurament és necessària una relació de milions d'anyes entre les espècies per a que s'estabilitzi, com en el cas del nostre gusiluz i el seu àpat.

Resten, com sempre, molts interrogants per resoldre. Entre ells, com es va produir la integració del gen al genoma? Recombinació? Virus? Retrovirus? Quan fa d'aquesta integració? Quins altres gens s'hi han integrat? Podria ser una relació que anés a més, és a dir, que en algun punt els nous llimacs al nèixer ja presentessin cloroplasts? Parlaríem aleshores d'una nova espècie? Una nova família? Ordre?

Si pensem ara en la quantitat d'espècies que existeixen, en les relacions que s'hi estableixen, i en la millora dels mecanismes per seqüenciar genomes (nuclears, mitocondrials o de cloroplasts)... quantas relacions noves queden per descubrir!

Imatge inicial: Atlas Zoologique du Voyage de la corvette La Bonite Bibliothèque patrimoniale de Gray, Wikimedia commons.