En el espeso lodo negro bajo una bahía en Filipinas vive una criatura del tamaño de un bate de béisbol, encerrada en una cáscara blanca dura. Durante cientos de años, de alguna manera escapó a la descripción formal y a la disección. Su nombre es el gusano gigante, y científicos de los Estados Unidos y Filipinas por fin han abierto uno vivo.
No era una vista apetitosa.
Aunque las conchas vacías de los gusanos marinos gigantes han sido comunes durante mucho tiempo, exactamente de dónde provenían estas conchas siguió siendo un gran misterio para los científicos (a pesar de su nombre, no eran barcos). La visión crítica llegó cuando uno de los científicos del proyecto descubrió un documental en la TELEVISIÓN filipina que mostraba las conchas plantadas en el lecho de una bahía poco profunda local «como zanahorias». Con esta pista en la mano, los científicos fueron finalmente capaces de embolsar su presa.
Los científicos publicaron sus hallazgos de su estudio del gusano en la edición temprana de PNAS esta semana, y arrojaron mucha luz sobre un animal tan raro que su biología, hábitat, anatomía e incluso dieta han sido en gran medida un misterio. Las respuestas a estas preguntas apoyan, dicen, una idea más grande propuesta hace casi 20 años por uno de los autores del estudio: la hipótesis de los escalones de madera.
Con un nombre como gusano gigante (Kuphus polythalamia), no te culparían por esperar que esta criatura viviera en barcos. Aunque, como hemos visto, el gusano gigante evita los barcos para buscar madera y barro sumergidos en descomposición, el resto de los gusanos viven en barcos. Pero todos los gusanos, el gigante incluido, en realidad no son gusanos. Son moluscos bivalvos que han evolucionado para parecerse a gusanos.
Los bivalvos son las conchas con bisagras del buffet de mariscos: ostras , almejas, vieiras, berberechos y mejillones. En algún momento, un bivalvo de edición estándar decidió ir en una dirección creativa diferente de su pariente de alimentación de filtros y puso su mirada en una nueva fuente de alimento: la madera hundida.
Mientras haya habido árboles, ha habido árboles que terminaron en el océano. Allí yacían, apetitosamente cerca pero frustrantemente fuera del alcance gastronómico debido a su contenido en polímeros como la celulosa y la lignina. Estos productos químicos, que endurecen la madera, también han dado a las hambrientas criaturas terrestres una carrera por su dinero. Son famosos por ser indigestos para todos, excepto para algunos hongos y bacterias. Los animales que desean comer madera deben albergar microbios que puedan digerir las fibras duras, como lo hacen las termitas y los castores.
Los lombrices finalmente resolvieron el problema de la misma manera: permitieron que las bacterias simbióticas que pueden digerir la madera se refugiaran en células especiales en sus branquias. Luego, en el proceso de taladrar la madera para consumirla, una cáscara con bisagras que contenía un marisco se convirtió en una cáscara tubular que contenía un gusano.
Todo el mundo estaba contento con este sistema hasta que algunos simios sin pelo tuvieron la idea ridícula de construir sus barcos oceánicos de madera, con lo cual los gusanos se comieron rápidamente, para horror de los simios. Este problema no se resolvió hasta que la Royal Navy comenzó a revestir los cascos de sus barcos con cobre en el siglo XVIII, lo que tenía la ventaja adicional de desalentar las molestas algas marinas.
En cualquier caso, esta entrada de blog no se trata de esos gusanos, sino de su pariente caprichoso, el gusano gigante, que una vez más se dividió con el resto de los gusanos debido a diferencias creativas. Su nueva dirección fue inspirada por algunas bacterias que viven cerca.
Mientras los gusanos estaban ocupados digiriendo toda esa madera encantadora, las bacterias de vida libre a su alrededor también estaban ocupadas. Algunos de ellos, en el proceso de digerir madera en ambientes carentes de oxígeno, respiraron el sulfato químico, un componente del agua de mar, en su lugar. El gas que exhalaron era sulfuro de hidrógeno, el químico apestoso que los humanos asocian con los huevos podridos. Resulta que el sulfuro de hidrógeno puede ser utilizado como la luz solar por otro grupo de bacterias (los tioautótrofos). Pueden usar la energía contenida en el sulfuro de hidrógeno para convertir el dióxido de carbono en azúcar. En otras palabras, pueden hacer su propia comida, al igual que las plantas.
En algún momento, estas bacterias tioautotróficas invadieron las branquias de un gusano que vivía cerca. Los científicos podrían decir que este es el caso porque pusieron branquias gigantes de gusanos marinos bajo el microscopio. Dentro de las branquias encontraron bacterias que contienen glóbulos de azufre y orgánulos llamados carboxisomas en los que el dióxido de carbono se puede convertir en azúcar. Ambas estructuras son comunes en bacterias tioautotórficas.
Cuando secuenciaron el ADN bacteriano aislado de las branquias, se parecía mucho al de otras bacterias tioautotróficas que viven dentro de microbios marinos y caracoles y babosas de ventilación hidrotérmica. La secuencia contenía todos los genes necesarios para fabricar azúcar a partir de sulfuro de hidrógeno.
Finalmente, fueron capaces de aislar estas bacterias en cultivo puro diseñado para cultivar bacterias tioautotróficas. Las bacterias de este grupo no están estrechamente relacionadas con las bacterias que digieren la madera que albergan otros gusanos marinos. Sin embargo, estas bacterias anteriormente dominantes también estaban presentes en las branquias de los gusanos marinos gigantes, aunque la evidencia sugiere que son raras y altamente decepcionadas.
A medida que los gusanos marinos gigantes cambiaban su flujo de ingresos de comer madera a albergar bacterias autoalimentadoras, su ciego, donde se almacenan las mordeduras de madera; los órganos en los que los gusanos marinos digieren los alimentos; y los músculos que utilizan para perforar la madera se atrofian. Solo se encontraron rastros de heces en el intestino de los especímenes que estos científicos digerieron, lo que indica que, además de no necesitar comer (porque sus bacterias internas se encargan de cocinar), estos gusanos tienen, en consecuencia, poca necesidad de hacer caca.
Los gusanos gigantes tienen una boca, pero han quemado ese puente. Han amurallado su boca con su caparazón, y solo la reabsorben periódicamente para extender sus tubos. En lugar de todos estos órganos arrugados, las branquias que albergan bacterias han evolucionado para absorber casi todo el gusano. Con base en esta evidencia, es poco probable que comer madera, sedimentos o filtrar agua para obtener alimentos permita que estos gusanos se conviertan en gigantes, concluyen los autores. En cambio, creciendo gordos y felices con las ganancias de sus nuevos socios de marca bacterianas, los gusanos se convierten en gigantes que comúnmente alcanzan tres pies y pueden alcanzar cinco.
Curiosamente, aunque convertirse en un gusano es poco común entre los bivalvos, albergar bacterias simbióticas tioautotróficas no lo es. Otras cinco familias de bivalvos hacen esto, por lo que tal vez los gusanos tuvieron algunas adaptaciones previas que facilitaron este cambio de carrera en particular.
Los científicos también argumentan que la biología de los gusanos marinos refuerza una vieja idea del autor principal Daniel Distel: la hipótesis de los «escalones de madera». Esta idea sostiene que los grandes mejillones tioautotróficos que viven alrededor de respiraderos hidrotermales de aguas profundas evolucionaron de mejillones más pequeños que vivían en madera hundida. Estos mejillones antecesores usaban sulfuro de hidrógeno producido por las bacterias que descomponen la madera, pero el fluido de ventilación era un sustituto fácil. Hoy en día, muchos bivalvos y varios gusanos tubulares viven igualmente bien en respiraderos hidrotermales, filtraciones frías (lugares donde el sulfuro de hidrógeno, el metano y otros hidrocarburos se filtran del fondo marino) y en la madera hundida. Por lo tanto, la madera es un trampolín que puede introducir animales tioautotróficos en los respiraderos hidrotermales y luego ayudarlos a extenderse entre los respiraderos por la madera hundida que salta de isla en isla como los polinesios de aguas profundas.
Ahora parece que el gusano gigante también hizo una escala en la madera antes de llegar a su destino final en los apestosos sedimentos de Filipinas. ¿Es posible que los bivalvos y los gusanos tubo también comenzaron comiendo madera, y solo más tarde tropezaron con las delicias culinarias del sulfuro de hidrógeno? Si es así, la madera, una sustancia producida solo en el brillante reino del sol, no era solo un trampolín entre los hábitats en el océano más oscuro y profundo, sino también entre formas de vida enteras.
Referencia
Daniel L. Distel, Marvin A. Al; tamia, Zhenjian Lin, J. Reuben Shipway, Andrew Han, Imeleda Forteza, Rowena Antemano, Ma. Gwen J. Penaflor Limbaco, Alison G. Tebo, Rande Dechavez, Julie Albano, Gary Rosenberg, Gisela Concepción, Eric Schmidt y Margo G. Haygood. «Descubrimiento de la simbiosis quimioautotrófica en el gusano gigante Kuphus polythalamia (Bivalvia: Teredinidae) extiende la teoría de los escalones de madera.»PNAS Early Edition. Publicado en línea antes de imprimir el 17 de abril de 2017, doi: 10.1073 / pnas.1620470114