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¿Fotosíntesis en insectos?

Carotenoides sintetizados por pulgones promueven la síntesis de ATP en presencia de luz.

Acyrthosiphon pisum

Si alguien te pregunta ¿qué organismos hacen la fotosíntesis? Automáticamente tu respuesta será: las plantas y las algas. Si tienes conocimientos básicos de biología también añadirás a la lista a ciertos grupos de bacterias. Sin embargo, nunca se te pasará por la cabeza que un animal haga la fotosíntesis hasta el día de hoy…

Un grupo de investigadores franceses liderados por Jean Christophe Valmalette de la Université du Sud Toulon-Var han descubierto las primeras evidencias de fotosíntesis en animales. El artículo publicado en Scientific Reports revela que un pequeño insecto conocido como Acyrthosiphon pisum —o simplemente pulgón del guisante— produce una mayor cantidad de ATP cuando es puesto en presencia de la luz.

Importancia de los carotenoides

Los pulgones son unos insectos muy particulares. Son capaces de sintetizar por su propia cuenta unos pigmentos llamados carotenoides —tal como lo hacen las plantas, los hongos y ciertas bacterias— gracias a que en algún momento de su historia evolutiva adquirieron los genes necesarios para hacerlo a partir de los hongos en un proceso conocido como transferencia horizontal de genes.

El color de los pulgones juega un rol importante en la interacción depredador-presa y parásito-huésped. Los pulgones rojos son preferentemente devorados por las mariquitas mientras que los verdes son usados por las avispas parasitoides para depositar sus huevecillos. Estos colores dependerán del tipo de carotenoides que sinteticen.

Los carotenoides también cumplen con una función antioxidante que evita el daño del ADN a causa de los radicales libres producidos por el propio metabolismo celular. Además, son precursores del retinal (una molécula clave para la visión de los animales). En las plantas juega un rol clave en la fotosíntesis porque absorben la energía luminosa y la transfieren hasta la clorofila a través de la excitación de los electrones.

Considerando esto, Valmalette y su equipo plantearon la hipótesis de que los electrones libres generados por la fotoactivación de los carotenoides en los pulgones reducen el NAD+ para formar NADH, el cual es usado por las mitocondrias para sintetizar ATP a través de la cadena transportadora de electrones (fosforilación oxidativa).

cadenatransportadora Esquema general del proceso. En realidad se produce aproximadamente 2.5 moles de ATP por cada mol de NADH+H

Luz y oscuridad

Para corroborar esta hipótesis, los investigadores criaron pulgones adultos de fenotipos rojizos, verdes y blancos, y los sometieron a diferentes tratamientos: i) 18 horas de luz y 6 horas de oscuridad y ii) oscuridad completa por dos días. Al analizar la concentración de ATP usando un kit basado en luminiscencia, Valmalette y sus colaboradores observaron que la cantidad de ATP sintetizado en presencia de la luz era mayor que en la oscuridad pero sólo en los pulgones rojizos (en los verdes y blancos no hubo diferencias significativas).ATP_dosage

A primera vista podríamos decir que en los pulgones rojizos hay una respuesta fisiológica que podría indicar fotosíntesis. Sin embargo, ¿por qué los pulgones verdes y blancos no mostraron diferencias? Los investigadores creen que como estos dos fenotipos se dan en respuesta a condiciones adversas (bajas temperaturas, sobrepoblación, etc.), la cantidad de reservas energéticas que almacenan en forma de lípidos es mayor que en los pulgones rojizos. Por esta razón, la oscuridad no afecta la cantidad de ATP que producen.

Reducción del NAD+

Los investigadores extrajeron y purificaron los carotenoides de los pulgones rojizos para determinar si al excitarse por la luz generaban electrones libres capaces de reducir el NAD+. Para ello pusieron los pigmentos en una solución de sal de tetrazolio, un compuesto que al reducirse se transforma en formazán y precipita.

Al someter los carotenoides diluidos en la solución de tetrazolio a la luz por media hora observaron claramente la precipitación del formazán. Esto indicaba que los carotenoides excitados por la luz generaban electrones libres.

Finalmente, Valmalette y sus colegas determinaron el balance de NAD+/NADH en las células de los insectos, observando que la cantidad de NADH aumentaba dentro de las mitocondrias cuando los pulgones rojizos eran sometidos a la luz. Esto indicaría que el NADH entra en la cadena transportadora de electrones y genera ATP a través de la fosforilación oxidativa.

Si bien estos resultados apuntan a que los pulgones cuentan con un sistema de producción de ATP dependiente de la luz, aún se desconoce cuál es rol fisiológico que cumple en él. Una explicación que dan los investigadores es que se podría tratar de un mecanismo fotosintético primitivo de los insectos.

Cabe resaltar que los pulgones no son los únicos animales con la capacidad de sintetizar carotenoides. Recientemente se ha descubierto una especie de araña ácaro que también lo puede hacer. Habría que investigarlo y ver si también es capaz de sintetizar ATP simplemente sentándose a tomar el sol.


Actualización (22/08/2012 20:25): Tal vez el término más exacto es fotoheterótrofo porque, si bien el pulgón usa la luz como una fuente de energía, no usa CO2 como fuente de carbono para ser considerado como fotosintético. [Vía | @entomoblog]


Referencia:

Valmalette, J.C. et al. Light- induced electron transfer and ATP synthesis in a carotene synthesizing insect. Scientific Reports 2, 1-8 (2012). doi: 10.1038/srep00579

Comentarios

  1. Gracias por la puntualización sobre lo de "heterótrofo", David. Ahora me toca a mí hacerte otra puntualización. ;-)

    Aunque se denomine vulgarmente «araña roja», Tetranychus urticae no es una araña sino un ácaro que es una importante plaga agrícola. Además, es curioso porque el descubrimiento de que sintentizaba carotenoides es anterior a la publicación de su genoma. En el caso del pulgón del guisante fue al revés: a raíz de la publicación de su genoma se vio que tenían los genes de la biosíntesis de carotenoides.

    En ambos casos, se trata de transferencia horizontal de genes a partir de un hongo.

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  2. Gracias Jesús. Ahora lo corrijo ;)
    Un saludo.

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