Los científicos descubren cómo saben las medusas cuándo picar

tentáculos de la anemona de mar estrella

Detectan y filtran diversas señales del entorno para controlar cuándo (y cuándo no) picar

¿Picar o no picar? Para las medusas, esa es la pregunta cada vez que sus tentáculos rozan algo, incluidos millones de nadadores humanos en todo el mundo.

Los aguijones se disparan aproximadamente a la velocidad de una bala de pistola. Y cada célula especializada responsable de una respuesta solo puede desplegarse una vez, ya que se rompen cuando se usan y deben volver a crecer después de que una medusa expulsa su púa cubierta de veneno a una desprevenida presa o un desafortunado nadador. Dadas las limitaciones de su arsenal, parecería que es necesaria cierta prudencia.

"Para evitar picaduras innecesarias [incluso de sí mismas], debe haber algún tipo de señal que permita a la célula disparar en el momento adecuado", dijo Nicholas Bellono, profesor asistente de biología molecular y celular en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Harvard. Cómo funciona ese sistema de activación y protección a nivel molecular en medusas y anémonas de mar ha sido un misterio para los científicos durante mucho tiempo. Al menos, lo ha sido hasta que lo ha resuelto un equipo de investigadores del laboratorio de Bellono.

Identificaron cómo las células urticantes, llamadas nematocistos, que se encuentran a lo largo de los tentáculos de las anémonas de mar y las medusas, ambos tipos de cnidarios, detectan y filtran diversas señales del entorno para controlar cuándo (y cuándo no) picar.

Imagen derecha: La anémona de mar estrella utiliza células punzantes especializadas para detectar cambios en su entorno y dispara una púa tóxica para perforar y envenenar a sus presas. Las células punzantes de los tentáculos utilizan un canal iónico único para desencadenar picaduras en respuesta a la presa. Crédito: Christophe Dupre y Keiko Weir

anémona de mar estrellaLos investigadores encontraron que las células de nematocistos de la anémona de mar estrella, pariente de las medusas, tienen una inusual corriente eléctrica de calcio que es fundamental para iniciar la respuesta punzante, pero que el canal de iones que controla esta corriente solo se abre en condiciones muy específicas: una combinación de estímulos mecánicos de un tentáculo que hace contacto con una presa o un depredador, como un golpe, y la presencia de ciertas señales químicas, como las de una presa o un depredador.

Durante todas las demás ocasiones, estos canales de calcio están inactivos y hacen que la célula permanezca inactiva hasta que se acerca la señal correcta.

"Suponemos que, en primer lugar, la anémona de mar detecta sustancias químicas de su presa mediante el uso de células quimiosensoriales", dijo Keiko Weir, investigadora graduada que dirigió el proyecto.

"Estas células quimiosensoriales luego transmiten esta información a los nematocistos usando acetilcolina [una sustancia química orgánica que actúa como neurotransmisor]. La acetilcolina alivia la inactivación de estos canales de calcio. Esto funciona para preparar al nematocisto para que diga: "Hay comida cerca". Luego, una vez que el nematocisto recibe una señal mecánica, como el tentáculo en contacto con la presa, que conduce a la apertura de los canales de calcio, lo que resulta en una gran entrada de calcio y la descarga del nematocisto".

La medusa al revés apunta sus tentáculos llenos de células punzantes hacia la columna de agua para capturar presas y disuadir a los depredadores. Crédito: Lena van Giesen

Estudios anteriores ya habían demostrado que solo la combinación correcta de señales desencadena el disparo de los nematocistos, pero se desconocía el proceso molecular. Los hallazgos lo ponen todo junto y resaltan cómo la naturaleza ha desarrollado continuamente elegantes pero simples sistemas para lidiar con problemas complejos que requieren una toma de decisiones ultrarrápida.

"Los principios subyacentes de cualquier sistema biológico son las células que tienen que tomar señales de su entorno, ya sea de otras células o directamente del entorno, y traducir esa información en una respuesta adecuada", dijo Weir.

Lo que hace que este sistema se destaque en particular es que la última palabra sobre si picar se reduce al nematocisto.

"Es un gran ejemplo de cuando una sola célula tiene que integrar correctamente las señales correctas para tomar una decisión correcta (y muy extrema)", dijo Bellono. "A menudo pensamos en preguntas a nivel de sistemas en las que el cerebro realiza cálculos complejos utilizando varios componentes de un circuito, pero este estudio ayuda a demostrar que cada proteína y cada célula es fundamental para dicho procesamiento porque se reduce a una molécula que tiene las propiedades adecuadas para adaptarse a su contexto celular y orgánico".

voltaje de los nemastocistos

Imagen: Las corrientes de Ca2+ dependientes de voltaje de los nematocistos exhiben una inactivación sensible dependiente del voltaje.

Junto con Weir y Bellono, otros coautores incluyeron a Christophe Dupre, becario postdoctoral del Engert and Lichtman Lab; Lena van Giesen, becaria postdoctoral en el laboratorio Bellono; y Amy Lee, profesora asistente de la Escuela de Medicina de Harvard.

El equipo utilizó una variedad de técnicas, incluida la fisiología, el comportamiento y la microscopía electrónica, que les permitió seguir meticulosamente los procesos eléctricos y químicos que conducen a la respuesta punzante.

En cuanto a por qué las medusas pican a unos 150 millones de personas cada año cuando los humanos no son sus presas, la mejor respuesta es probablemente una respuesta de defensa. Sin embargo, también podría estar en nuestra composición química.

"Esto vuelve a qué sustancias químicas se detectan", dijo Bellono. "¿Está el animal adaptado para percibir de manera muy amplia alguna sustancia química generalizada que está presente en muchos animales como nosotros, aunque no seamos presas? Hay ejemplos de anémonas de mar que utilizan nematocistos específicos para la depredación y otros para la defensa. Hay otros animales que pueden usar químicos para evitar picaduras, como el pez payaso. Quizás esos nematocistos estén sintonizados con insumos químicos específicos".

El estudio publicado en mayo de 2020 en eLife: A molecular filter for the cnidarian stinging response

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