Quiero hablaros de un caso muy curioso (uno de tantos que hay en la naturaleza) acerca de un animal que vive en aguas poco profundas de Hawái, el calamar hawaiano cuyo nombre científico es Euprymna scolopes. Este calamar de nombre tan raro, al que llamaremos calamar para hacerlo más fácil, es capaz de establecer una relación simbiótica con una especie de bacteria marina bioluminiscente llamada Vibrio fischeri.
Primero explicaré qué es una simbiosis. Una simbiosis es una relación que se establece entre dos especies completamente diferentes en la cual, ambas, obtienen un beneficio mutuo. Sería como realizar un trato, tú me das algo que me beneficia y a cambio yo también te doy alguna cosa. Pues bien, el calamar y la bacteria tienen una relación simbiótica en la que los dos salen beneficiados.
La característica principal de este calamar es que presenta un órgano capaz de emitir luz, llamado fotóforo. Sin embargo, el fotóforo no es capaz de generar luz por sí mismo, sino que la bioluminiscencia generada por este órgano es debido a la simbiosis que se establece con la bacteria que os he comentado antes.
Durante la fase juvenil del calamar, este posee una serie de apéndices recubiertos de mucosidad alrededor del órgano luminoso con los que es capaz de recoger las bacterias de su entorno marino (3), pero no solamente se dedica a coger bacterias del mar, ya que en el agua puede haber miles de millones de especies diferentes de bacterias, si no que el calamar favorece que solo puedan crecer en el interior de su órgano de luz la bacteria bioluminiscente (1, 2) (figura 2).
Figura 1. Proceso en el cual los apéndices del fotóforo recogen bacterias del ambiente marino. (Fuente: Nature reviews)
Una vez ya han entrado las bacterias adecuadas el órgano del calamar pierde los apéndices y las bacterias bioluminiscentes comienzan a crecer y multiplicarse dentro del fotóforo.
¿Pero qué es lo que ocurre dentro del órgano luminoso para que se genere luz? La producción de bioluminiscencia es un proceso químico complejo que se da en la bacteria, en el que la oxidación de un sustrato llamado luciferina es catalizado por la enzima luciferasa. De forma que la energía que se libera durante la reacción es en forma de luz y no de calor.
Para que la bacteria ponga en marcha dicha reacción hay dos requerimientos claves. Por un lado la presencia del oxígeno y por otro la presencia de una elevada densidad de bacterias. Las bacterias solo son capaces de generar luz cuando hay un gran número de bacterias dentro del órgano, y os preguntareis ¿Cómo pueden esos bichos tan pequeños saber cuántas son allí dentro? El mecanismo por el cual las bacterias pueden conocer su densidad poblacional se denomina quórum sensing, un mecanismo de comunicación entre bacterias (sí, las bacterias también se comunican). Mediante este mecanismo cada bacteria produce una molécula llamada autoinductor (porque autoinduce a la propia bacteria) de forma que, cuantas más bacterias hay en el órgano, más autoinductor se acumula hasta llegar a un nivel en el cual esta molécula, mediante mecanismos de regulación de la expresión de genes, hace que se produzca la luminiscencia mediante la expresión y producción de la enzima luciferasa (6).
Debido a este proceso de autoinducción las bacterias en el ambiente marino no son luminiscentes ya que el autoinductor no puede acumularse, así que la luminiscencia solamente aparece cuando las bacterias viven en simbiosis dentro del órgano luminiscente del calamar, es decir, cuando la densidad de la población es suficientemente alta para permitir la emisión de un destello de luz.
Os he contado cómo este calamar es capaz de generar luz gracias a la simbiosis con la bacteria Vibrio fischeri, pero ¿de qué le sirve a este animal generar luz y qué beneficio saca de ello la bacteria? He de contaros que este animal es nocturno, durante el día permanece enterrado en el fondo, bajo la arena y en aguas poco profundas, mientras que por la noche sale de su escondite para alimentarse (figura 3). El hecho de que durante la noche se encuentre en la columna de agua hace que esté al alcance de depredadores, sin embargo gracias a este órgano de luz el calamar es capaz de confundir a sus depredadores haciéndoles creer que ¡¡es el reflejo de la luz de la luna en el agua!! (3) Impresionante ¿verdad?
Figura 2: ciclo día/noche del calamar Euprymna scolopes en el fondo marino y en la columna de agua.
Por último otra curiosidad es que al final de la noche el calamar expulsa cerca del 95% de las bacterias que tiene en su órgano de luz, de esta forma se piensa que este simpático animal ayuda a que futuras generaciones puedan obtener más bacterias del ambiente marino. Esa cantidad de bacterias que expulsa las recupera por la simple actividad de la bacteria que crece y se multiplica de nuevo dentro del órgano durante el día, cuando el animal permanece escondido, tal y como se puede ver en la figura 4 (4).
Figura 3. Densidad poblacional de bacterias en el interior del fotóforo. Se puede apreciar como al final de la noche el calamar pierde cerca del 95% de la población de bacterias y las va recuperando durante el día cuando permanece escondido.
Ahora toca explicaros la otra parte de la historia ¿Qué beneficio saca la bacteria de esta interacción con el calamar? Muy sencillo, la bacteria se beneficia debido a que en el interior del órgano existe un medio muy rico en aminoácidos y nutrientes. Para entendernos, el calamar le ofrece todo un festín de comida a la bacteria.
Este es solo un ejemplo de simbiosis entre la gran cantidad de casos que se dan en la naturaleza y que ha sido (y es) muy importante en la historia evolutiva de los organismos. De hecho no está tan lejos de nosotros como pensamos, incluso en el ser humano se establecen relaciones simbióticas con bacterias, y tan importantes que sin ellas no podríamos vivir. Pero eso ya es otra historia.
1. Collins AJ, Nyholm SV. 2010. Obtaining hemocytes from the Hawaiian bobtail squid Euprymna scolopes and observing their adherence to symbiotic and non-symbiotic bacteria. J. Vis. Exp. (36). pii: 1714. doi:10.3791/1714. doi: 10.3791/1714.
2. McFall-Ngai MJ. 2000. Negotiations between animals and bacteria: the ‘diplomacy’ of the squid-vibrio symbiosis. Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 126:471-480. doi: S1095643300002336 [pii].
3. McFall-Ngai MJ. 1990. The anatomy and The Anatomy and Morphology of the Adult Bacterial Light Organ of Euprymna scolopes Berry (Cephalopoda:Sepiolidae), Biol. Bull. 179: 332-339.
4. Rader BA, Nyholm SV. 2012. Host/microbe interactions revealed through «omics» in the symbiosis between the Hawaiian bobtail squid Euprymna scolopes and the bioluminescent bacterium Vibrio fischeri. Biol. Bull. 223:103-111. doi: 223/1/103 [pii].
6. Verma SC, Miyashiro T. 2013. Quorum sensing in the squid-Vibrio symbiosis. Int. J. Mol. Sci. 14:16386-16401. doi: 10.3390/ijms140816386 [doi].
Muy interesante y muy bien referenciado. No conocía esta historia, y eso que hemos estudiado en la misma facultad. Un saludo!!!
Un pulpo muy interesante 🙂
¡Muy interesante! Ya decía mi padre que nos comemos los pulpos pero son casi más inteligentes que los perros.