Las glaucofitas, como las plantas, liberan potentes hormonas en respuesta al estrés
Se sabe desde hace mucho tiempo que las plantas liberan sustancias químicas para responder al estrés y transmitir información a sus vecinas.
Un equipo de científicos del Laboratorio Bigelow ha demostrado que las glaucofitas, un pequeño grupo de algas unicelulares lejanamente relacionadas con las plantas, parecen tener la misma inclinación por la comunicación química.
Esto sugiere que la capacidad de utilizar señales químicas de esta manera puede no ser exclusiva de la vida compleja como se pensaba, sino que evolucionó más atrás en el árbol de la vida.
"Estamos analizando este organismo que comparte ascendencia con las plantas y utiliza un proceso de comunicación que la gente alguna vez pensó que solo usaban las plantas", dijo el investigador científico principal John Burns, coautor del estudio del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas. "Es posible que muchas ramas de la vida comenzaran con herramientas de comunicación similares pero luego divergieran en la forma genética particular en que lo hacen".
Descubrir cómo funciona la comunicación celular en nuevos linajes ayuda a los científicos a comprender cómo surgieron y cambiaron estas habilidades con el tiempo. Las microalgas, como las glaucofitas, también son esenciales para el ciclo biogeoquímico en los sistemas acuáticos, por lo que comprenderlas es esencial para predecir cómo funciona el ecosistema en general, especialmente en situaciones estresantes.
"El proceso de comunicación subyacente utilizado por las plantas y las glaucofitas es similar y se basan en los mismos componentes básicos de la vida", dijo Baptiste Genot, ex investigador postdoctoral en el Laboratorio Bigelow y autor principal del estudio. "Pero ir más allá de las plantas para comprender cómo células individuales como estas algas llevan a cabo estos procesos realmente está abriendo un nuevo camino".
Los científicos entienden desde hace mucho tiempo que las plantas emiten moléculas informativas, como hormonas y otros compuestos orgánicos, como una forma de comunicar información y adaptarse a situaciones estresantes como cambios de temperatura o exposición a toxinas. Pero hay mucha menos información sobre las estrategias utilizadas por las microalgas, a pesar de ser las productoras primarias más abundantes en los sistemas acuáticos.
Eso incluye a las glaucofitas, uno de los tres linajes principales de lo que se llama Archaeplastida. Se sabe que los organismos de este grupo, incluidas las plantas y las algas verdes y rojas, tuvieron un ancestro común hace más de mil millones de años.
Comprender los puntos en común entre las complejas estrategias de comunicación utilizadas por estos diferentes organismos puede ayudar a los científicos a mapear la cronología de cuándo se separaron entre sí los linajes. También puede ayudarles a comprender mejor cómo evolucionaron las herramientas utilizadas para la fotosíntesis.
"Las glaucofitas son esta otra rama de la vida que desarrolló cloroplastos al mismo tiempo que los ancestros de las plantas, pero los siguieron en una dirección evolutiva completamente diferente", dijo Burns. "Entonces, puedes usar estas comparaciones para responder preguntas realmente básicas sobre la fotosíntesis en todas las ramas de la vida".
Los investigadores se centraron en una especie de glaucofita, llamada Cyanophora paradoxa. Descubrieron que, en respuesta a factores estresantes externos como el cambio de luz, C. paradoxa produce potentes hormonas como el etileno, que desempeña un papel clave en la maduración de la fruta y se sabe que las plantas lo liberan en respuesta al estrés.
Imagen: Modelo preliminar de señalización de etileno en C. paradoxa. Representación esquemática de los principales resultados de este estudio. Las moléculas conocidas como fitohormonas están representadas en rojo. Los enlaces negros se refieren a resultados experimentales directos de este trabajo. Los enlaces negros discontinuos representan posibles conexiones en la vía de señalización celular de C. paradoxa.
Cuando el equipo suministró a las algas una sustancia química precursora del etileno, descubrieron que las glaucofitas producían grandes cantidades de la hormona y, en respuesta, ralentizaban su tasa de crecimiento.
"Si observaras los genes que tienen las plantas, nunca pensarías que las glaucofitas podrían usar estas mismas vías de señalización, porque simplemente no tienen las mismas 'partes'", dijo Burns.
"A menudo utilizamos plantas como base para la vida fotosintética, pero, en esta historia, son los 'bichos raros' que despegaron en una diferente dirección evolutiva. Las glaucofitas pueden tener más en común con otras algas que las plantas en lo que respecta a estos comportamientos".
Este estudio proporciona la primera evidencia de que las glaucofitas liberan hormonas como respuesta al estrés, pero quedan dudas sobre cómo estos organismos cambian sus comportamientos reales, como cómo nadan o se desarrollan, en respuesta a estas hormonas. Burns y Genot también están interesados en cómo responden otros organismos del ecosistema a estos cambios químicos y si otras especies de algas utilizan estas mismas señales hormonales para comunicarse.
Sin embargo, más allá de la comunicación, el estudio también destaca el valor de las glaucofitas en un sentido más amplio. Debido a su lugar único en el árbol de la vida, lo estables que son en el laboratorio y lo rápido que crecen (Burns los compara con "malas hierbas"), son una valiosa herramienta para responder preguntas sobre la historia evolutiva e incluso desarrollar productos a base de algas como alternativas al plástico.
"La brecha de conocimiento entre lo que sabemos sobre estos eucariotas fotosintéticos unicelulares y las plantas cultivadas sigue siendo enorme", dijo Genot. "Es un desafío pero emocionante porque tenemos mucho más que aprender sobre estas pequeñas células que viven a nuestro alrededor".
Los resultados del estudio fueron publicados recientemente en The Journal of Eukaryotic Microbiology: Functional stress responses in Glaucophyta: Evidence of ethylene and abscisic acid functions in Cyanophora paradoxa
