Simbiosis: la comunión definitiva

Todos los organismos se tocan, puesto que están bañados por el mismo aire y la misma agua que fluye.

Lynn Margulis

La simbiosis es posiblemente la relación más importante, bella y poética que sucede entre los seres vivos. Puede describir vínculos de reciprocidad que exceden nuestra comprensión de la micro-comunicación, una hermandad que va más allá de todo marco ético. Esta relación es quizá tan antigua como la vida misma y tan diversa como lo inimaginable. Hace referencia a la relación que se establece entre dos o más individuos que viven en contacto físico. El primero en emplear la palabra simbiosis fue Anton De Bary en 1873, quien la definió como: “la vida en común de organismos con nombres diferentes”1. Esto se traduce en la vida real de muchísimas formas, no todas ellas beneficiosas para quienes participan. El parasitismo, por ejemplo, sea mortal o no a largo plazo, es un tipo de simbiosis entre muchos otros2. Sin embargo, quiero centrarme en las simbiosis que son beneficiosas recíprocamente (mutualistas) o que no implican daños para ninguna de las partes. Las micorrizas y los líquenes son los ejemplos más conocidos, pero existen miles de casos de este tipo de relaciones. Es difícil encontrar un ser que no viva en simbiosis con otro u otros.

Las micorrizas son asociaciones entre hongos y tejidos de las raíces de las plantas. Los árboles son el hogar de cientos de especies pero, bajo tierra, guardan en secreto, un vínculo singular con los hongos, quienes no solo viven sobre las raíces, sino dentro de ellas. Bajo el microscopio algunos de estos organismos parecen en sí mismos diminutos árboles (micorrizas arbusculares). La relación simbiótica se da en tanto que los hongos obtienen de las plantas el alimento producido por la fotosíntesis, al tiempo que los hongos le suministran al vegetal nitrógeno y fósforo que ellos captan del suelo3.

Microscopía laser y diagrama del hongo Glomus aggregatum en las raíces de la planta Pisum sativum © Petterson and Massicotte, 2004.

La simbiosis es posiblemente la relación más importante, bella y poética que sucede entre los seres vivos. Puede describir vínculos de reciprocidad que exceden nuestra compresión de la micro-comunicación, una hermandad que va más allá de todo marco ético.

Por otro lado, los líquenes, son asociaciones entre algas y hongos, algunos capaces de vivir en condiciones extremas. Estos organismos no sólo son bellos y resistentes, también son muy importantes para la existencia de muchos otros seres, ya que cumplen con el rol de desmenuzar la roca a la que se fijan y forman suelo rico y nutritivo. En otras palabras, los líquenes, transforman la roca estéril en un terreno habitable4.

Liquen foliáceo sobre madera, en las calles de Mar del Plata, Argentina © Ana Moreno

Los seres humanos vivimos en simbiosis con miles de microorganismos que componen una microbiota que participa en la barrera física e inmunológica de nuestra piel. Bacterias, hongos y ácaros (diminutos arácnidos) se distribuyen sectorialmente en diferentes partes del cuerpo, incluyendo nuestros ojos, tracto digestivo y genitales5

En las simbiosis encontramos ejemplos tan inverosímiles como ocurre con las hormigas que son capaces de cultivar un hongo productor de enzimas que descomponen una planta. Luego este sirve de alimento para ellas mismas. Además, estos pequeños animales albergan bacterias en sus cutículas que producen antibióticos utilizados para proteger el hongo cultivado6

Simbiosis fosilizada

Las evidencias de las micorrizas son muy antiguas. Esta relación se remonta a las primeras plantas vasculares que aparecen en el registro fósil. Un ejemplo de estos fósiles es Rynia, una planta encontrada en Escocia sobra rocas del Devónico (de hace más de 400 millones de años). Esta planta cuenta con engrosamientos en las raíces que han sido interpretados como estructuras micorrizales7. Lo anterior nos indica que la estrecha relación entre plantas y hongos está presente desde el surgimiento de las primeras plantas terrestres y explica porqué cerca del 90% de las plantas actuales viven en simbiosis con hongos.

En el ámbar (resina de los árboles ya fosilizada) hallado en República Dominicana, que data de alrededor de 16 millones de años (Mioceno), se ha encontrado un curioso ejemplo de un tipo de simbiosis llamado foresis. Se trata de una simbiosis de comportamiento en la que un organismo usa a otro como medio de transporte. Este fósil ha capturado el momento en que un artrópodo (colémbolo) es transportado por un insecto (efemeróptero o efímera)8.

 Foresis, efímera y acercamiento sobre el diminuto colémbolo. © Penney 2012 – Efímera, llévame lejos donde nadie se acuerde de mí.

Los cangrejos ermitaños tienen un caparazón débil. Para protegerse usan conchillas abandonadas de gasterópodos muertos, a medida que el animal crece necesita de una conchilla más grande, por lo que debe mudarse y quedar así expuesto temporalmente a los peligros del mar. En el registro fósil del Cretácico (alrededor de 70 millones de años atrás) hay una marca hermosa de simbiosis: colonias de cnidarios (anémonas, formas sésiles de las medusas) crecieron sobre conchillas de gasterópodos ocupados por cangrejos. Mediante aglutinamiento de arena fina formaron capas dando continuidad a la conchilla y agrandando gradualmente la cavidad. Esta constante construcción permitió que el cangrejo siguiera habitando esa casa que fue creciendo a su medida9.

A la derecha, fotografías de las conchillas que fueron cubiertas y agrandadas por los cnidarios. A la izquierda una reconstrucción de cómo habría sido esta vida en común entre la colonia y el cangrejo. ¿No es bellísimo? © Olivero y Urreta, 1994.

En organismos actuales una simbiosis similar es bien conocida entre anémonas y este tipo de cangrejos: las anémonas crecen sobre conchillas brindándole protección al cangrejo que las habita. Esto ya que tienen células urticantes que funcionan como arpón y en algunos casos contienen sustancias tóxicas. El cangrejo, a su vez, las beneficia con su movimiento constante facilitando la obtención de alimento.

Más antigua que los fósiles: la/s simbiosis definitiva/s.

Cada una de las células que componen nuestro cuerpo son el producto de una simbiosis ancestral. Así lo explica la teoría endosimbionte desarrollada apasionadamente por Lynn Margulis. Las células que componen los animales y vegetales provienen de una simbiosis seriada que ocurrió entre varios organismos microscópicos. Estas diferentes fusiones explican el origen de orgánulos como los cloroplastos, las mitocondrias y otras estructuras como las colas de los espermatozoides. 

Lynn presenta su Teoría de la Endosimbiosis Seriada (SET), como explicación evolutiva que permitió el surgimiento de nuevos seres más complejos a partir de la fusión entre bacterias. Nuestras células, nuestras unidades de vida son producto de la unión sucesiva de micro-bios. ¡Somos un conjunto maravilloso de microbios especializados! La SET explica el origen de las células con núcleo (eucariotas, como las nuestras) gracias al encuentro primordial entre microbios sin núcleo. El citoplasma proviene de arqueobacterias, las mitocondrias de bacterias púrpura o proteobacterias y los cloroplastos de cianobacterias fotosintéticas de vida libre. Los cilios (apéndices móviles), provienen de la unión entre arqueobacterias y bacterias nadadoras. 

Estas fusiones se habrían dado por la incorporación de un organismo dentro de otro, perdiendo con el tiempo su independencia, pero conservando ADN propio. Actualmente podemos acercarnos a entender este proceso, cuando observamos en el laboratorio las dinámicas entre algunos seres microscópicos. Por ejemplo, al estudiar la relación entre amebas y bacterias: Legionella pneumophila al ser fagocitada (tragada) por la ameba, evita ser digerida modificando el sistema de endomembranas de su hospedadora. Así queda resguardada del medio externo y se reproduce antes de salir de la ameba. La neumonía es causada por esta bacteria al utilizar dicho mecanismo en las células de los pulmones de los vertebrados10.

Otros de los mecanismos desarrollados por los simbiontes que permiten la co-vida son: evadir el reconocimiento evitando los mecanismos dirigidos a su destrucción, interviniendo en la reproducción del hospedador, especializándose y restringiéndose a ciertos tejidos e incluso la evolución de estructuras morfológicas nuevas (simbiogénesis) como los órganos lumínicos en ciertos peces.

Pez Rape (Lophius piscatorius) hecho por el rey del cartón, Santiago Reuil. Su “linterna” es una estructura que alberga bacterias luminiscentes. Esta luz que se encuentra en las hembras es útil para atraer machos y presas en las profundidades oscuras del mar.

En algunos casos, los simbiontes proporcionan toxinas o antimicrobianos defendiendo directamente a los huéspedes del ataque de otros organismos. También pueden amortiguar factores abióticos estresantes para el hospedador como sequías y calor11

El reconocimiento de todas estas entidades que co-existen y en muchas ocasiones co-dependen llevan a cuestionar la individualidad de los organismos. En este contexto entra al ruedo el concepto de holobionte que es utilizado por primera vez por Margulis en 1990. A pesar de las discusiones en torno a su significado y potencia, podríamos describirlo como una integración de organismos, que incluye al hospedador y toda su microbiota12. Una de las cuestiones por las cuales este término es tan polémico es por el hecho de considerar al holobionte una “unidad de selección”, es decir, esa “nueva individualidad” (colectiva en sí misma) estaría sujeta a procesos evolutivos. Entonces para algunos biólogos, el hologenoma sería la suma de todos los genomas que habitan un hospedador, pero ¿todos, sólo aquellos que son heredados o sólo aquellos con los que hay codependencia? Sin entrar en una discusión tan intrincada, y desde una visión muy personal, el concepto de holobionte me parece fascinante. Es interesante reconocer los organismos observables como un conjunto de interacciones entre organismos no-observables (a simple vista). Reconocernos, así, como una agrupación de minúsculas unidades increíblemente coordinadas producto de interacciones antiguas que se adaptaron para armonizar y funcionar como una maquinaria de silenciosa paz. 

En conclusión, la simbiosis es un concepto muchísimo más amplio y complejo de los que solemos pensar. Ha estado presente casi desde el origen mismo de la vida y continúa actuando a niveles micro y macroscópicos. Así como podemos un día tener huéspedes indeseados caminando sobre nuestras cabezas y succionando nuestra sangre, también, imperceptibles, sobre y bajo nuestra piel, hay un microcosmos que en comunidad nos permite existir -seamos lo que seamos-. Es decir, ¿Quiénes somos sin nuestros simbiontes?

El árbol de los cinco reinos representa el origen simbiótico de los seres vivos. Actualmente se considera la existencia de muchos más reinos. Drozdov 2002 propone la división de los seres vivos en casi 30 reinos basándose en características moleculares, citológicas y morfológicas, no solamente por la conservación de estructuras celulares. © Dorian Sagan y Lynn Margulis. Colores y edición por Santiago Miner.

Bibliografía

1, 3, 4, 5 y 9 Margulis, Lynn. Planeta simbiótico. Debate. 1998

2Parmentier, Eric and Michel, Loïc. Boundary lines in symbiosis forms. Springer Science+Business Media Dordrecht. 2013.

6Strullu-Derrien, C., and Strullu, D.-G. Mycorrhization of fossil and living plants. Comptes Rendus Palevol, 6(6), 483-494. 2007.

7Penney, David et al. Ancient Ephemeroptera–Collembola Symbiosis Fossilized in Amber Predicts Contemporary Phoretic Associations. PLOS ONE. 2012.

8Olviero, Eduardo y Urreta, María. A new tube-builder hydractinian, symbiotic with hermit crabs, from the cretaceous of Antarctica. The Paleontological Society. 1994.

10 y 12Morgan J. Colp and John M. Archibald. The language of symbiosis Insights from protist biology (Celullar dialogues in the holobiont. Cap. 2) 2020.

11De Fine Licht, Henrik H. et al. Laccase detoxification mediates the nutritional alliance between leaf-cutting ants and fungus-garden symbionts. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013

13Oliver, K.M. and Russell, J.A. Symbiosis introduction to. Symbiosis, Introduction to. In: Kliman, R.M. (ed.), Encyclopedia of Evolutionary Biology. vol. 4, pp. 282–290. Oxford: Academic Press. 2016.

Sobre la simbiosis ente los peces payaso y las anémonas:

https://www.nationalgeographic.es/animales/pez-payaso-y-anemona

Sobre la simbiosis entre bacterias bioluminiscentes y el pez rape:

https://cals.cornell.edu/news/genetics-shed-light-symbiosis-anglerfish-and-glowing-bacteria

https://www.iagua.es/noticias/dicyt/bioluminiscencia-reaccion-quimica-que-ilumina-aguas

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