El plancton usa sensores de luz ultravioleta para detectar cambios de presión y evitar ser arrastrado

plancton marino
Mecanismo de barotaxis en zooplancton marino.

Interactúan con las neuronas motoras del cerebro para activar el latido rítmico de los cilios

Los investigadores han descubierto cómo responde el plancton marino a los cambios de presión y se impulsa a través del agua, utilizando pequeñas protuberancias llamadas cilios.

Los editores describieron la investigación como una preimpresión revisada, como un estudio fundamental que aborda la cuestión de cómo cierto zooplanctonzooplancton cambia su dirección de movimiento en respuesta a la presión, un fenómeno conocido como barotaxis.

Los autores proporcionan pruebas convincentes de que la barotaxis implica sensores de luz ultravioleta dentro de las células, que interactúan con las neuronas motoras del cerebro para activar el latido rítmico de los cilios. Los resultados arrojan luz sobre cómo el plancton marino percibe y responde de manera diferente a señales ambientales opuestas, lo que les permite encontrar el hábitat óptimo entre 0 y 20 m bajo el mar.

La presión hidrostática aumenta a medida que el agua se hace más profunda, y esta presión puede proporcionar al plancton información sobre la profundidad independientemente de la disponibilidad de luz o la hora del día. Se sabe que muchos organismos marinos detectan y responden a la presión del agua, pero utilizan mecanismos de detección de presión muy diferentes.

respuesta del plancton a la presiónImagen derecha: La respuesta a la presión como mecanismo de retención de profundidad mediado por el circuito de células fotorreceptoras ciliares. Crédito: eLife (2024). DOI: 10.7554/eLife.94306.1

"Los peces tienen vejigas natatorias llenas de gas que les permiten sentir la presión, y algunas especies de cangrejos tienen pelos minúsculos que se cree que actúan como detectores de presión", explica el autor principal Luis Bezares-Calderón, Investigador postdoctoral en el Living Systems Institute de la Universidad de Exeter, Reino Unido. "Se desconoce cuál de los diferentes mecanismos de detección de presión observados en la vida marina, si es que hay alguno, es utilizado por animales planctónicos mucho más pequeños".

Para solucionar este problema, el equipo utilizó larvas de un gusano marino, llamado Platynereis dumerilii, que están equipadas con una banda de pequeños cilios que utilizan para nadar. Las larvas golpean sus cilios para nadar arriba y abajo entre diferentes profundidades de agua, donde eventualmente se asientan en lechos de hierbas marinas cerca de la costa. Se comprende bien el mecanismo por el cual las larvas son guiadas por la luz en su entorno, lo que lo convierte en un modelo ideal para aprender más sobre cómo detectan la presión del agua.

Para monitorear la forma en que las larvas de plancton responden a la presión, el equipo construyó a medida una cámara de agua donde podían controlar con precisión la presión del agua. Descubrieron que las larvas responden al aumento de presión nadando hacia arriba más rápido y en una trayectoria más recta.

experimento con el plancton

Imagen: Esquema de la configuración de comportamiento utilizada para estimular larvas con niveles de presión controlados.

Los niveles de presión más altos hicieron que las larvas se movieran más arriba en la cámara y aumentaran la rectitud de su natación. Además, el aumento de la natación ascendente estaba directamente relacionado con el aumento de la presión, lo que sugiere que las larvas detectan cambios en la presión del agua en lugar de un nivel de presión específico.

Para comprender el mecanismo de este cambio en el comportamiento de natación, el equipo estudió el efecto de la presión sobre la rapidez con la que las larvas golpean sus cilios. Descubrieron que la frecuencia promedio de los latidos aumentaba tan pronto como se aplicaba más presión, lo que sugiere que las larvas responden a una presión más alta usando sus cilios para impulsarlas hacia arriba.

Entonces, ¿Cómo perciben este cambio de presión? Para identificar las células sensibles a la presión, el equipo utilizó imágenes y un marcador fluorescente para observar la actividad nerviosa bajo un microscopio. Esto identificó un grupo de cuatro células en el medio del cerebro que habían mejorado la actividad nerviosa cuando aumentaba la presión. Estas células parecían similares en forma, número, tamaño y posición a las células "fotorreceptoras" previamente identificadas que ayudan al plancton a responder a la luz.

"Esto nos llevó al inesperado descubrimiento de que los receptores de luz en los cilios, que previamente habían demostrado ser sensibles tanto a la luz ultravioleta como a la luz verde, también se activan con la presión", dice Bezares-Calderón. "Esto sugiere que un solo tipo de célula podría integrar señales de luz y presión, donde la luz ultravioleta hace que el plancton nade hacia abajo alejándose de la luz, y el aumento de la presión los hace nadar hacia arriba".

El equipo intentó confirmar esto eliminando un gen esencial dentro de las células fotorreceptoras llamado opsina. Como era de esperar, las larvas sin opsina respondieron mucho menos a las señales de presión y tenían defectos en los cilios sensoriales.

La pregunta restante era cómo las células fotorreceptoras convierten las señales de presión en movimiento físico de los cilios. Gracias a un mapa de cableado cerebral existente para las larvas de plancton, encontraron una posible conexión con el sistema de señalización de serotonina del cerebro. Cuando bloquearon esta señalización, amortiguó la respuesta de presión, revelando que la red de señalización de la serotonina vincula los sensores de presión del plancton con su respuesta de natación física resultante.

"Nuestro trabajo proporciona información sobre los mecanismos de sensación y respuesta a la presión en una larva de plancton marino", concluye el autor principal Gáspár Jékely, profesor de Biología Molecular de Organismos en el Centro de Estudios de Organismos de la Universidad de Heidelberg.

"Sugiere que los aumentos de presión, ya sea debido a las propias acciones de la larva al hundirse o sumergirse, o debido a corrientes descendentes, activan las células fotorreceptoras sensoriales, lo que hace que los cilios latan más rápido de una manera proporcional a la magnitud de la presión".

"Nuestros resultados muestran que el plancton recibe señales de luz y presión externas a través de una sola célula sensorial, y estas señales luego divergen en el cerebro para desencadenar diferentes comportamientos de natación que guían al plancton de regreso a una posición óptima en el agua".

La investigación ha sido presentada en eLife: Mechanism of barotaxis in marine zooplankton

Etiquetas: PlanctonLuz ultravioletaPresiónNatación

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