El calamar y la bacteria que cosechan luz de la luna

La introducción del libro “El Horror Sobrenatural en la Literatura” de Howard Phillips Lovecraft comienza con una sentencia definitiva: “El miedo es una de las emociones más antiguas y poderosas de la humanidad, y el miedo más antiguo y poderoso es el temor a lo desconocido”. La incertidumbre suele operar como un elemento paralizante. Cuando se desconocen los motivos y el origen de un ataque sorpresa, el instinto de protección natural, aquel que garantizó la supervivencia de las especies, pierde el rumbo. Como consecuencia, las defensas se debilitan y la respuesta es tardía, dejando a los organismos vulnerables ante la súbita adversidad. Sin embargo, la incertidumbre también puede actuar como un motor que impulse la exploración de nuevos caminos y genere transformación.

En 1975 se estrenó la película “Tiburón” (Jaws) dirigida por Steven Spielberg. La escena inicial de la película es considerada una de las más memorables de la historia del cine. La escena, en la que una pareja de jóvenes corre por unas dunas de arena en una playa mientras se van desnudando para nadar en las aguas del mar bajo la luz de la luna, es acompañada por una inquietante banda sonora basada en el uso repetitivo de dos notas en registro grave que aumentan lentamente su ritmo. La muchacha, que evidentemente disfruta nadando en el agua, es atacada repentinamente, desde la oscura profundidad, por algo desconocido que la sacude violentamente de un lado a otro. Durante casi un minuto tenso, el espectador es testigo de este inesperado y brutal ataque. Y repentinamente, la muchacha es arrastrada al fondo del mar y la calma vuelve a reinar en el ambiente. Sin embargo, el espectador incómodo sabe que la joven sufre y agoniza bajo la superficie, sin posibilidad de respirar y triturada entre las mandíbulas de algo inmensamente poderoso.

El ejecutor de este temible ataque, un tiburón blanco de más de 6 metros, que continúa atacando a más personas a lo largo de la película, no aparece por completo en pantalla sino hasta después de 81 minutos. Por supuesto, el espectador intuye que el feroz animal que ha cometido los sanguinarios ataques es un tiburón (el propio cartel publicitario lo muestra). Pero al ocultar su figura durante gran parte de la película, utilizando una banda sonora estremecedora, mostrando las reacciones de terror de las víctimas y valiéndose de niños como objetivos del ataque del tiburón (un recurso fundamental para elevar la tensión), Spielberg explota magistralmente el miedo primitivo y la ansiedad oculta e incontrolable del espectador ante el peligro inminente que puede representar lo desconocido. El miedo a algo que acecha en silencio en la penumbra. Pero claro, esta es una historia ficticia. Falso, sin embargo, no es lo que viene a continuación. 

En los cálidos y azules mares que rodean el archipiélago de Hawái habita una gran cantidad de especies cuya distribución se limita a ese ecosistema (a esto se le denomina endemismo en biología). Debido a su geografía remota, el entorno natural único de Hawái se desarrolló de forma aislada. Este aislamiento provocó que casi el 25 % de las especies marinas que habitan las aguas de este arrecife se encuentren únicamente en los arrecifes de Hawái. Una de las especies endémicas de las costas hawaianas es un calamar muy curioso y simpático, cuyo nombre científico es Euprymna scolopes, aunque comúnmente se le conoce como calamar de cola corta. Al llegar a la adultez, los organismos de esta especie alcanzan una talla máxima de 3.5 centímetros (caben fácilmente en la palma de la mano de un adulto). A diferencia de la gran mayoría de los calamares, que habitan en aguas oceánicas alejadas de la costa o en aguas muy profundas, E. scolopes vive en aguas costeras a profundidades que oscilan entre 0 y 5 metros, aunque se encuentra principalmente en aguas muy poco profundas (0 a 1 m). Durante el día, para escapar de los muy activos y voraces depredadores que los acechan (incluidas barracudas y focas monje hawaianas), esta especie de calamar se oculta entre fondos arenosos y, como la mayoría de los calamares, sepias y pulpos, en condiciones de peligro, es capaz de liberar un chorro de tinta como mecanismo para evadir el ataque de sus hambrientos agresores. Durante el día, este calamar realiza incursiones esporádicas en la columna de agua para capturar presas, principalmente camarones misidáceos. 

La situación cambia radicalmente al llegar la noche. Bajo el cobijo de la oscuridad, E. scolopes emerge de la arena y dedica más tiempo a la búsqueda frenética de alimento. Sus ojos prominentes están equipados con proteínas que reflejan la luz y con lentes que les permiten navegar y detectar cambios su intensidad, lo que los convierte en depredadores agresivos que prefieren presas que nadan activamente y que pueden llegar a ser entre dos y cuatro veces más grandes que ellos. Sin embargo, al exponerse en la oscuridad para capturar presas potenciales, también se arriesgan a ser atacados por sus depredadores. En el ambiente marino nocturno, distinguir las siluetas de presas potenciales contra la tenue luz superficial es una estrategia visual clave para obtener alimento. En el océano, la depredación nocturna suele producirse desde abajo, como en la película Tiburón, ya que los depredadores se sitúan en las profundidades más oscuras para distinguir la silueta de sus presas contra la luz residual que desciende hasta allí. Y así, para ocultar su silueta ante la tenue luz de la luna y las estrellas, el calamar E. scolopes ha adoptado una estrategia fascinante. 

Tras eclosionar, los embriones de E. scolopes son colonizados casi de inmediato por la bacteria Vibrio fischeri, que se encuentra libre en el mar.  Durante este primer encuentro, la abundante bacteria cubre el cuerpo entero del calamar y, al encontrar un lugar específico, los poros del órgano luminoso se adhieren a ellos. Entonces, las bacterias son introducidas en este órgano mediante los movimientos de los cilios que lo rodean. Una vez reclutadas, durante las siguientes cuatro semanas, la presencia de las bacterias induce cambios en la morfología del órgano luminoso hasta que este “madura”. Este encuentro cambiará la vida de ambas especies para siempre. Solo cuando la bacteria se ha establecido en el órgano luminoso, los calamares comienzan a “ocultarse” de día y a “emerger” de noche. Por su parte, el metabolismo de la bacteria también se modifica, pasando de un proceso en el que utiliza la oxidación del glicerol-3-fosfato para transferir electrones directamente a la cadena de transporte de electrones para producir ATP durante el día a la fermentación de la quitina de las presas del calamar por la noche. Esto implica que, durante el día, la bacteria trabaja para satisfacer sus requerimientos energéticos, pero de noche se convierte en una complaciente acompañante del calamar. Al fermentar los azúcares de la quitina, se liberan ácidos orgánicos, lo que acidifica el interior del órgano luminoso. Esta acidificación es fundamental para la relación entre el calamar y la bacteria. El secreto capital de esta serie de hechos es que V. fischeri es una bacteria bioluminiscente que emite más luz cuando las condiciones del ambiente son más ácidas.

Este fenómeno se puede resumir de la siguiente forma: Durante las noches, el calamar captura y se alimenta de misidáceos, que poseen un esqueleto externo rico en quitina, la que es aprovechada por la bacteria, lo que, a su vez, hace que se acidifique su entorno y emita una mayor cantidad de luz en el órgano luminoso. La luz que se produce en este órgano no puede ser ni más ni menos intensa que la del cielo, ya que eso le costaría la vida al calamar. Por su parte, E. scolopes posee vesículas extraoculares cerca de sus ojos que le ayudan a medir la luz ambiental, lo que le permite regular, mediante el saco de tinta que rodea dicho órgano, la cantidad de luz emitida por V. fischeri. Así, la luz emitida por V. fischeri coincide exactamente con la intensidad de la luz de la luna y de las estrellas que desciende hacia las profundidades del mar, encubriendo al calamar mientras esté activo por la noche, un fenómeno de evasión de depredadores denominado “contrailuminación”.

Esta relación, que se prolongará durante el resto de la vida del calamar, presenta una serie de detalles complejos que la destacan aún más. Cada mañana, al despuntar la primera luz, E. scolopes expulsa del órgano luminoso cerca del 95 % de las bacterias al mar, un proceso conocido como “ventilación”. A continuación, mientras el calamar permanece oculto en la arena hasta el atardecer, el 5 % de la población bacteriana que permaneció en dicho órgano se ha reproducido rápidamente hasta colmarlo de nuevo. Y así, esta especie de calamares emerge de la arena noche tras noche para capturar a sus presas, con una población bacteriana totalmente renovada. 

Queda claro que, para que la relación entre ambas especies haya alcanzado tal éxito evolutivo (se ha sugerido que esta asociación tiene entre 30 y 80 millones de años de convivencia), debe existir una comunicación muy estrecha. La bacteria fijó selectivamente formas para evitar la respuesta inmune del calamar y, a la vez, E. scolopes regula su sistema de defensa. Un estudio reciente realizado por la Dra. Silvia Moriano-Gutiérrez y su equipo demostró que en la hemolinfa (un tejido fluido análogo a la sangre de los vertebrados) de E. scolopes circula una población de ARN muy particular: el ARN pequeño no codificante (sncARN, por sus siglas en inglés), producido por V. fischeri. Uno de dichos sncARNs, denominado Ssra, es envuelto en vesículas de la membrana bacteriana, transportado a las células que la rodean y, finalmente, absorbido por estas; de ahí, entra en circulación en la hemolinfa del calamar. Cuando los investigadores sustituyen el Ssra por una versión mutante (ΔSsra), la bacteria continúa con el proceso normal de colonización del hospedero (el calamar). Sin embargo, la bacteria sólo produce el 20 % de la luz que debería emitir y, a las 48 horas, el ΔSsra comienza a desaparecer. Aún más, cuando el Ssra circula en la hemolinfa del calamar, se sobreexpresan 10 genes y se ha observado que uno de ellos, RIG-1, colabora en el reconocimiento de la bacteria e induce la modulación de la respuesta inmune.

Por otro lado, para que esta muy íntima relación sea exitosa, es absolutamente indispensable la regulación de la respuesta inmune del calamar. E. scolopes, como todos los moluscos, posee unas células denominadas hemocitos, que circulan libremente en su hemolinfa y cumplen funciones de defensa, cicatrización y coagulación. Actualmente se reconoce que inmediatamente después de eclosionar, los hemocitos del calamar presentan un comportamiento muy diferente al interactuar con V. fischeri u otras bacterias. Por ejemplo, cuando los hemocitos del calamar entran en contacto con las bacterias V. fischeri y V. harveyi, solo esta última especie es fagocitada (la fagocitosis es un proceso mediante el cual una célula “engulle” y destruye microorganismos o partículas sólidas). Sin embargo, la capacidad de los hemocitos para unirse a las bacterias evoluciona con el tiempo, de modo que, a medida que el calamar envejece, los hemocitos parecen madurar y se unen a un número menor de células de V. fischeri en comparación con la respuesta ante otras bacterias. Evidentemente, la respuesta inmune del calamar evita causar daño a su socia incondicional. 

Si bien es común afirmar que vivimos en un mundo dominado por comportamientos egoístas, las generalizaciones suelen ser imprecisas. No nos percatamos, o pretendemos no hacerlo, para justificar algunos comportamientos, preservar nuestra imagen y proteger nuestro ego, olvidando que la vida en nuestro planeta se sostiene gracias a una vasta red de cooperación. Los genes cooperan brindando la información para sintetizar las proteínas que dan estructura y soporte y cumplen funciones como defensa, transporte y regulación de procesos vitales, los organelos (como las mitocondrias y los ribosomas) cooperan para formar células eucariotas, las células cooperan formando órganos y tejidos, las bacterias cooperan con los animales para suplementar nutrientes esenciales, descomponer alimentos difíciles y proteger la salud del huésped, los insectos cooperan y trabajan en equipo para mantener la vida en la Tierra a través de la polinización. 

Nuestra propia especie es reflejo de este fenómeno; el éxito que hemos alcanzado como especie radica en nuestra extraordinaria capacidad de cooperar para construir sociedades que nos han permitido sobrevivir, dividir el trabajo, crear cultura y proteger a los vulnerables. Historicamente, la premisa de la “supervivencia del más apto” se ha reducido a suponer que competir con éxito con otros organismos por los recursos y los espacios ha permitido el desarrollo de la vida. Sin embargo, el conocimiento actual demuestra que la naturaleza no es un campo unidimensional, sino una fuente inagotable de estrategias, donde la cooperación y la competencia son dos fuerzas motoras que coexisten e impulsan la supervivencia de la vida en nuestro planeta.

Referencias

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