Ryan Kerney sobre el descubrimiento de algas dentro de embriones de salamandra

Durante más de 100 años, los científicos han sabido acerca de una estrecha asociación entre los huevos de salamandra manchada y las algas verdes. Ahora, un estudio reciente ha revelado nuevos detalles sorprendentes sobre esta relación. Las algas no solo crecían alrededor de los huevos. También se encontraron dentro de las cápsulas de embriones de salamandra, creciendo entre las células del tejido embrionario e incluso dentro de las células del tejido embrionario. Este notable descubrimiento provino de un equipo de científicos dirigido por Ryan Kerney de la Universidad de Dalhousie en Halifax, Nueva Escocia.


ForVM preguntó a Kerney cómo las algas llegan a las masas de huevos de salamandra. ¿Esas especies de algas abundantes en el hábitat de la salamandra, o las salamandras manchadas adultas la transfieren a los embriones? Sospecha que es un poco de ambos, que las algas se obtienen del medio ambiente y pasan de los adultos reproductores a los embriones. Él dijo:

Tenemosamplificadoun gen de algas de los tractos reproductivos de algunas salamandras adultas, lo que sugiere que pueden ser portadoras de las algas de una generación a la siguiente.


Salamandra moteada adulta. Crédito de la imagen: Ryan Kerney

Salamandras manchadas, que llevan el nombre taxonómicoAmbystoma maculatum, se encuentran en los bosques de frondosas en todo el este de América del Norte. Estos anfibios pasan gran parte de su vida bajo tierra, viviendo en áreas húmedas debajo de troncos y piedras, en la hojarasca o enterrados en el suelo. En primavera, se reúnen en estanques para reproducirse, depositando huevos fertilizados en el agua donde se desarrollan los embriones en los huevos durante uno o dos meses. Nacen como larvas de salamandra con branquias externas. Durante los siguientes dos a cuatro meses, las larvas se metamorfosean gradualmente, perdiendo sus branquias en el proceso, en salamandras juveniles que abandonan el agua para vivir en la tierra.

Ryan Kerney. Encuentre su página de inicio aquí: https://web.mac.com/ryankerney/Site/Welcome.html

Las asociaciones simbióticas a nivel celular, donde un organismo vive dentro de las células de otro en una relación mutuamente beneficiosa, se denominaendosimbiosis. Se pensaba que el sistema inmunológico de los vertebrados no toleraría un organismo extraño como simbionte, es decir, hasta el sorprendente descubrimiento realizado por el equipo de Kerney.




La especie de alga que se ha asociado durante mucho tiempo con los huevos de salamandra manchada en la naturaleza se llamaOophila amblystomatis. Su nombre de género,Él está vivo, es latín para 'ama los huevos'. La célula de algas promedio tiene aproximadamente 5 micrones (0,005 mm o 0,0002 pulgadas) de diámetro, mientras que las células de salamandra tienen aproximadamente 50 a 100 micrones (0,05 a 0,1 mm, o 0,002 a 0,004 pulgadas) de diámetro.

Los embriones de salamandra que crecen dentro de las cápsulas de huevos cubiertos y a menudo infiltrados porÉl está vivoalgas. Crédito de la imagen: Roger Hangarter.

La asociación entreÉl está vivoLos huevos de algas y salamandras manchadas se conocen desde hace unos 120 años. En la década de 1980, los experimentos de laboratorio revelaron más sobre la intrigante relación entre las dos especies.Él está vivoSe descubrió que las algas crecían más vigorosamente en agua que había estado expuesta a embriones de salamandra. Cuando se cultiva conÉl está vivoLos embriones de algas y salamandras eran más sanos, se desarrollaban más rápido y sufrían tasas de mortalidad más bajas en comparación con los que crecían sin las algas. Pero era difícil ver algas en células embrionarias usando microscopios convencionales, por lo que el verdadero alcance de la relación embrión alga-salamandra permaneció oculto hasta que se usaron nuevas técnicas de microscopía para observar las células de una manera diferente.

Al igual que en las plantas, las algas verdes necesitan clorofila para la fotosíntesis. La clorofila, el componente productor de energía verde en los cloroplastos, tiene una propiedad conocida como fluorescencia. Cuando los electrones en los cloroplastos se exponen a la luz, obtienen temporalmente un estado de mayor energía y luego vuelven a un estado de menor energía mientras emiten luz (el efecto de fluorescencia). Si hay clorofila en una célula, se puede detectar mediante unmicroscopio de fluorescencia.


Imagen en blanco y negro de la cabeza de un embrión de salamandra, con una superposición que muestra manchas rojas que son cloroplastos fluorescentes de las algas. Crédito de la imagen: Ryan Kerney.

Kerney le dijo a ForVM cómo encontró las algas en los embriones de salamandra, primero usando microscopía de fluorescencia, luego con unmicroscopio electrónicopara ver el interior de las células embrionarias de salamandra.

La microscopía fluorescente reveló que las algas se encuentran dentro de los tejidos embrionarios. Usamos microscopía electrónica de transmisión (TEM) para determinar que las algas también estaban dentro de las células de salamandra (una gran sorpresa). Algunas de las algas intracelulares eventualmente se degradan, mientras que otras parecen estar formando quistes. No hay señales de que los quistes dañen al embrión. No hemos visto que ninguno de estos quistes se degrade dentro de los tejidos embrionarios.

Imagen de microscopio electrónico de una célula de algas dentro de la célula de un embrión de salamandra. Crédito de la imagen: Ryan Kerney.


Kerney también verificó la identidad de las algas dentro de los embriones y las cápsulas de huevo. Como todas las celdasÉl está vivoLas algas tienen una molécula llamada ARN ribosómico (ARNr) que usa aminoácidos para formar proteínas. Su ARNr tiene una forma única que se puede identificar con un marcador químico: una cadena corta de ácidos nucleicos que se dirige a él y se une a él, lo que lo hace detectable. Este análisis confirmó queOophila amblystomatises de hecho la especie de algas dentro de las células embrionarias.

Un embrión de salamandra manchada. Crédito de la imagen: Roger Hangarter.

Como lo hizoÉl está vivo¿Las algas se infiltran en los embriones de salamandra manchada? ¿Podría ser que su sistema inmunológico no fuera lo suficientemente maduro para reconocer al intruso? Dijo Kerney:

Puede ser así como se establece la simbiosis intracelular. Los vertebrados con mandíbulas tienensistema inmunológico adaptativo, que se programa durante su vida útil. Este sistema inmunológico es lo que diferencia al 'yo' del 'no yo'. La invasión inicial de algas precede a la maduración del sistema inmunológico adaptativo en nuestras salamandras.

¿Están las algas presentes en todas las etapas del crecimiento del embrión? ¿Continúa esta relación endosimbiótica en salamandras adultas?

Ha habido estudios anteriores que muestran que los desechos nitrogenados liberados por los embriones son almacenados por las algas como proteínas. La combinación de dióxido de carbono, desechos nitrogenados y hábitat protegido (la cápsula del huevo) parece beneficiar a las algas.

Primero vemos las algas florecer fuera de un agujero en el embrión llamado blastoporo [una abertura al intestino primitivo del embrión]. Esto ocurre durante un período en el que el sistema nervioso central acaba de comenzar a formarse. Después de la floración, las algas penetran en los tejidos y células de la salamandra. La floración coincide con un período de aumento de los desechos nitrogenados dentro de la cápsula del huevo. Presumimos que este desperdicio nitrogenado es la señal para la floración. La invasión de algas ocurre después de la floración.

Realmente no sabemos hasta qué punto [las algas] pueden persistir en las [células] adultas. Tenemos alguna evidencia de la amplificación de genes de algas de tejidos adultos, lo que indica que las algas pueden persistir en las etapas adultas.

Se tomó una película de imágenes de lapso de tiempo (abajo), creada por Roger Hangarter en la Universidad de Indiana en Bloomington, durante un período de 16.6 horas, con una imagen por minuto. Muestra las primeras etapas del desarrollo del embrión de salamandra manchada, ya que las algas se establecen por primera vez en él. Cada destello representa una floración de algas, cuando el crecimiento de algas aumenta significativamente a medida que entra en contacto con los desechos de nitrógeno en la cápsula del embrión.

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Entonces, ¿qué obtiene el embrión de salamandra a cambio de albergar elÉl está vivo¿algas? Oxígeno. Los huevos de salamandra tienen una capa gelatinosa que evita que los huevos se sequen, lo que dificulta que el oxígeno del agua se difunda en la cápsula embrionaria. Fotosíntesis porÉl está vivolas algas proporcionan oxígeno al embrión en crecimiento.

¿Podrían otras relaciones endosimbióticas, como la encontrada entreÉl está vivoembriones de algas y salamandras, existen en otros vertebrados? Kerney le dijo a ForVM que su equipo continuará estudiando las salamandras manchadas y planea extender sus investigaciones a las salamandras del noroeste.

Ryan Kerney de la Universidad de Dalhousie y su equipoinformóen su descubrimiento de algas dentro de las cápsulas de embriones de salamandra, que crecen entre las células del tejido embrionario e incluso dentro de las células del tejido embrionario en elprocedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Salamandra moteada adulta en hojarasca. Crédito de la imagen: Roger Hangarter.

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