Kriswanto Ginting
Las proteínas sensibles a la luz se encuentran en todos los dominios de la vida. Incluso los microbios unicelulares transportan proteínas que responden a la luz. Y los animales tienen órganos sensibles a la luz en una amplia gama de formas y arquitecturas. Todos estos parecen operar según los mismos principios: los fotones son absorbidos por una proteína que responde permitiendo que los iones fluyan a través de una membrana. En células individuales, esto desencadena una diferencia regional en las concentraciones de iones, lo que les permite responder. En organismos más complicados, estos iones fluyen hacia las células nerviosas, lo que hace que emitan señales.
Pero los científicos están describiendo una extraña excepción esta semana: el ciempiés. Estos organismos responden claramente a la luz, como sabrá cualquiera que intente pisotear uno antes de que vuelva corriendo debajo de una roca o pared. Sin embargo, muchas especies no parecen tener ojos (y muchas que tienen estructuras similares a ojos no perciben la luz con ellos). Y los estudios de su genoma indican que no tienen ninguna de las proteínas normales sensibles a la luz. Entonces, ¿cómo lo hacen estos artrópodos?
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Para ser claros, muchas especies de ciempiés tienen cosas que parecen ojos y contienen algunas células que responden a la luz. Pero los estudios de esos órganos indican que no tienen un impacto importante en la respuesta del animal a la luz. Y luego está la falta de genes. Las proteínas activadas por luz tienden a tener estructuras similares, en parte porque tienen que formar canales a través de las membranas que permiten que los iones pasen a través de ellas. Por lo tanto, generalmente es relativamente fácil seleccionar genes para estas proteínas cuando las secuencias del genoma están disponibles.
En cualquier caso, muchas especies de ciempiés no tienen ojos. Y tienden a vivir debajo de rocas y escombros cuando no se están colando en las casas, lo que significa que no necesariamente necesitan ver mucho en su entorno normal.
Sin embargo, si expones a uno de estos animales a la luz, tienden a salir rápidamente, lo que indica que los animales pueden sentir la luz. Entonces, ¿qué está pasando?
Para resolverlo, un equipo de investigadores chinos instaló un sistema en el que podían exponer a los ciempiés a la luz y probar sus respuestas. Las imágenes de este sistema mostraron que las antenas tienen un patrón distintivo en el infrarrojo: se calientan con la luz. En unos 10 segundos, la temperatura de las antenas subió más de 8 °C, mucho más rápido que cualquier otra parte del cuerpo.
El otro apéndice, y hay muchas piernas para imaginar en estas cosas, no lo hizo. Y, no me pregunten cómo hicieron esto, pero los investigadores pusieron un sombrero de papel de aluminio en los ciempiés, bloqueando sus antenas. Esto redujo en gran medida su capacidad para encontrar áreas oscuras. En general, esto llevó a los investigadores a sospechar que lo que sea que estaba pasando con la detección de luz, estaba sucediendo en estos órganos.
Un gen inusual
A continuación, los investigadores decidieron identificar el gen implicado. Para ello, aislaron copias de todos los genes activos en las antenas. Luego identificaron aquellos con segmentos que pueden cruzar la membrana, ya que la proteína tiene que permitir que los iones lo hagan. Esto redujo la lista de posibles genes de más de 8000 a poco más de 1000. En ese momento, los investigadores simplemente comenzaron a poner los genes individualmente en células humanas hasta que encontraron uno que permitía que los iones entraran en las células a temperaturas elevadas.
El gen que funcionó se llamó BRTNaC1, y está relacionado de alguna manera lejana con una familia conocida de canales iónicos que permiten que los iones de sodio entren y salgan de las células. Pero esa familia no es sensible a las temperaturas. Y BRTNaC1 no es quisquilloso con los iones que deja entrar en las células; felizmente permitirá que el calcio pase a través de las membranas también.
Después de probar varios productos químicos, encontraron que la testosterona inhibía la actividad de BRTNaC1. Esto no es biológicamente relevante, ya que los insectos no producen testosterona. Pero ciertamente es conveniente porque puede aplicarlo a la antena sin tener que preocuparse de que altere el comportamiento de los insectos. Entonces, los investigadores trataron a los ciempiés con testosterona y luego probaron si todavía eran sensibles a la luz. Ellos no eran.
Todo lo cual indica que estos animales perciben la luz sin registrar directamente ningún fotón. En cambio, lo sienten de manera muy indirecta, con un órgano que se calienta selectivamente cuando se expone a la luz, lo que permite que el animal sienta ese cambio de temperatura. Hasta ahora, este es el único ejemplo de esto que se ha identificado. Es posible que estos ciempiés sean únicos en términos de esta biología.
Hay dos cosas llamativas en esto. Una es que hay muchas proteínas conocidas que los organismos usan para detectar temperaturas, como las que nos hacen apartar las manos de las estufas calientes. Pero BRTNaC1 no está estrechamente relacionado con ninguno de ellos. Así que parece haber evolucionado de forma completamente independiente. Lo segundo es que no tenemos idea de cómo está estructurada la antena para que se caliente selectivamente.
PNAS, 2019. DOI: 10.1073/pnas.2218948120 (Acerca de los DOI).