Los corales pueden carecer de ojos, pero no son ciegos. Estos delicados animales perciben la luz de maneras que siguen asombrando e inspirando a la comunidad científica.
Investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka han descubierto un mecanismo único de detección de luz en los corales constructores de arrecifes, a pesar de carecer de ojos.
En este mecanismo, las proteínas detectoras de luz, conocidas como opsinas, utilizan iones de cloruro para alternar entre la sensibilidad a la luz UV y la luz visible en función del pH del entorno. Sus hallazgos sugieren una función única que amplía nuestra comprensión de la visión y la fotorrecepción en el reino animal.
La visión animal depende de las opsinas, proteínas que detectan la luz mediante una pequeña molécula llamada retinal. Sin embargo, el retinal absorbe de forma natural solo la luz ultravioleta (UV), lo que significa que ve una luz más corta que la luz visible que nosotros vemos. Para extender su sensibilidad al rango visible, el retinal se une a la opsina para formar un pigmento fotosensible mediante un enlace químico especial llamado base de Schiff. Este enlace lleva una carga positiva que normalmente requiere un aminoácido cercano con carga negativa, o contraión, para mantenerse estable.
Los antozoos, como los corales y las anémonas de mar, poseen opsinas pertenecientes al grupo de opsinas específicas de antozoos (ASO-II), un grupo de opsinas recientemente descubierto. Las opsinas ASO-II presentan propiedades diferentes a las de las opsinas de los mamíferos.
“Algunas opsinas ASO-II de los corales formadores de arrecifes carecen de los aminoácidos contraiónicos habituales presentes en otras opsinas animales", explicó en un comunicado Akihisa Terakita, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales del estudio.
Entonces, ¿cómo logran estas opsinas “ver” la luz visible sin estos aminoácidos? Para comprender esta cuestión, el equipo estudió las opsinas ASO-II del coral formador de arrecifes Acropora tenuis.
Mediante experimentos mutacionales, espectroscopía y simulación avanzada dirigida, los investigadores descubrieron que, en lugar de usar aminoácidos, las opsinas ASO-II emplean iones cloruro (Cl-) del entorno circundante como contraiones. Esta es la primera vez que los científicos informan sobre una opsina que utiliza iones inorgánicos de esta manera.
“Descubrimos que los iones cloruro estabilizan la base de Schiff con menor intensidad que los aminoácidos”, declaró Yusuke Sakai, investigador postdoctoral en el laboratorio de Terakita y primer autor del estudio, “por lo que la opsina puede cambiar reversiblemente entre la sensibilidad a la luz visible y la sensibilidad a la luz UV en función del pH”.
Esto sugiere un mecanismo en el que la sensibilidad de la opsina depende de si el enlace retinal-opsina, la base de Schiff, está protonado o no, y el pH altera este equilibrio. Un pH bajo aumenta el número de protones, lo que significa que la base de Schiff se carga positivamente y absorbe longitudes de onda más largas, incluida la luz visible. Esta se estabiliza posteriormente mediante cloruro. Por otro lado, en condiciones de pH alto, hay menos protones, lo que provoca que la base de Schiff se desprotone y absorba la luz ultravioleta.
Este cambio dependiente del pH podría tener importancia ecológica. Los corales viven en estrecha simbiosis con algas que producen nutrientes mediante la fotosíntesis. Dado que la fotosíntesis altera el pH dentro de las células coralinas, esto podría variar la sensibilidad de la opsina entre la luz visible y la ultravioleta. Esto sugiere que la sensibilidad de los corales a la luz puede ajustarse según la actividad fotosintética de las algas, lo que supone una nueva perspectiva sobre su relación simbiótica.
Además de una mejor comprensión de la biología de los corales, el descubrimiento podría inspirar nuevas biotecnologías. “Se demostró que la opsina ASO-II de Acropora tenuis regula los iones de calcio de forma dependiente de la luz, lo que sugiere posibles aplicaciones como herramienta optogenética cuya sensibilidad a la longitud de onda cambia con el pH”, declaró Mitsumasa Koyanagi, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales del estudio.
El estudio se publicó en eLife.