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Hallazgo clave en el proceso de fotosíntesis

Hallazgo clave en el proceso de fotosíntesis

 

Tomado de: http://www.mincyt.gob.ar/noticias/hallazgo-clave-en-el-proceso-de-fotosintesis-9902

Consultado el 12 de abril de 2014. 6:03 p.m.

Científicos argentinos descubrieron una nueva forma por la que el cloroplasto, encargado de la fotosíntesis, afecta la expresión de genes frente a la variación en las condiciones de luminosidad.

Hallazgo clave en el proceso de fotosíntesis

(izq. a der.) Micaela Godoy Herz, Lino Barañao y Alberto Kornblihtt durante la presentación.

El ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, Dr. Lino Barañao, encabezó la presentación del Dr. Alberto Kornblihtt,  sobre el descubrimiento de un nuevo mecanismo que interviene en la regulación de la respuesta de las plantas a la luz. Esta investigación, realizada por su equipo del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIByNE) dependiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y la Universidad de Buenos Aires (UBA), fue publicada hoy en la revista Science. El paper, destacado por la prestigiosa publicación científica, lleva las firmas de sus primeros autores el Dr. Ezequiel Petrillo, quien se encuentra realizando un postdoctorado en Max F. Perutz Laboratories de la Universidad de Viena, Austria, y la becaria de doctorado Micaela Godoy Herz del IFIByNE.

Barañao: “En una década se ha multiplicado por cien la cantidad de publicaciones de argentinos en revistas científicas de primer nivel”. “Afortunadamente podemos mostrar que la ciencia íntegramente realizada en Argentina es altamente competitiva” finalizó el titular de la cartera de Ciencia.

Al respecto, el titular de la cartera de Ciencia aseguró que “en una década se ha multiplicado por cien la cantidad de publicaciones de argentinos en revistas científicas de primer nivel”  y agregó que “antes para que un investigador publicara tenía que ir a trabajar a otro país o hacer una cooperación con institutos de investigación extranjeros”. Para finalizar, el ministro Barañao expresó que “afortunadamente podemos mostrar que la ciencia íntegramente realizada en Argentina es altamente competitiva”.    

La fotosíntesis, el proceso a través del cual las células de las plantas y algas transforman sustancias inorgánicas en orgánicas a través del uso de energía luminosa, es un mecanismo que fue descripto en profundidad a partir del siglo XIX. Sin embargo, hasta ahora se desconocía que la fotosíntesis también sensa la luz para controlar al núcleo de la célula vegetal y regular cuántas proteínas distintas puede fabricar cada uno de sus genes, en respuesta a diferentes condiciones de luz/oscuridad.

Los investigadores demostraron que este sensor que manda la señal al núcleo es el cloroplasto, la organela encargada de la fotosíntesis. “Al ser iluminadas, las plantas cambian el splicing alternativo de diversos genes respecto de lo que ocurre en oscuridad”, comenta Alberto Kornblihtt, investigador superior del CONICET en el IFIBYNE, profesor en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN-UBA) y director del estudio.

Frente a las variaciones en la intensidad de la luz, el cloroplasto envía una señal al núcleo de la célula, que modifica el splicing alternativo de un gen y desencadena una serie de respuestas en la planta.

El splicing alternativo es el mecanismo por el cual se pueden obtener distintas proteínas a partir de un mismo gen a través del corte y pegado selectivo de secciones del Ácido ribonucleico (ARN) mensajero, que es el “molde” de la información contenida dentro del gen.

El equipo descubrió que la señal generada por el cloroplasto afecta las proporciones de los tres ARN mensajeros (ARNm1, ARNm2 y ARNm3) obtenidos a partir del splicing alternativo de un gen en particular. Mientras que las formas 2 y 3 son retenidas en el núcleo, el ARNm1 pasa al citoplasma de la célula, donde es traducido a la proteína At-RS31.

Justamente, la señal que envía el cloroplasto al núcleo aumenta la proporción del ARNm1 y por lo tanto de la proteína. Esta señal deja de enviarse durante grandes períodos de oscuridad o de baja intensidad lumínica, y como resultado las plantas sufren cambios importantes: son más pequeñas, amarillentas y en ellas la clorofila se degrada más rápidamente. “Es decir que son menos resistentes a condiciones adversas”, comenta Ezequiel Petrillo, primer autor del estudio.

Si bien los investigadores continúan estudiando sobre qué mecanismos celulares actúa At-RS31, sí se conoce que esta proteína es un factor de splicing, es decir que actúa y modifica el splicing alternativo de otros genes. “Esta regulación es importante para la planta, ya que si se interrumpe este proceso tiene serias dificultades para crecer y desarrollarse bien; no en ciclos normales, sino en situaciones extremas ya sea de luz u oscuridad prolongadas”, analiza Kornblihtt.

Pero además durante el estudio los investigadores demostraron que la señal emitida por el cloroplasto puede viajar desde las hojas hasta las raíces, cuyas células no tienen esta organela, y modificar el splicing alternativo que ocurre en sus núcleos. “La señal generada por el cloroplasto en respuesta a la luz en las hojas es capaz de comunicarle a los tejidos no fotosintéticos -como la raíz- la misma información, gatillando cambios similares en la expresión génica de estos tejidos distantes”, detalla Petrillo.

Entre el 2003 y el 2011, el equipo de investigación recibió subsidios de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, dependiente de la cartera de Ciencia, por un total de $3.462.548. También recibieron aportes del CONICET, la Universidad de Buenos Aires, el Howard Hughes Medical Institute y la Red Europea de Splicing Alternativo (EURASNET).

 

Historia evolutiva

Kornblihtt explica que los cloroplastos eran originariamente bacterias fotosintéticas y que hace aproximadamente 1.500 millones de años fueron incorporados a otras células ya existentes, con las cuales establecieron una relación simbiótica.

Hasta ahora se conocía que el cloroplasto provee a la célula la capacidad de hacer fotosíntesis; sin embargo la descripción de su rol como sensor de la intensidad de luz y su regulación del splicing alternativo de genes abre la puerta a investigaciones futuras.

“Ya no basta con saber qué genes están prendidos o apagados en células animales y vegetales”, enfatiza Kornblihtt, “en el caso de aquellos que están encendidos, hay que conocer qué variante de la proteína producen y en qué condiciones para poder determinar su rol”.

 

Autores de la investigación

- Ezequiel Petrillo. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria.

- Micaela A. Godoy Herz. Becaria doctoral. IFIBYNE.

- Armin Fuchs. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria.

- Dominik Reifer. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria.

- John Fuller. Instituto James Hutton, Invergowrie. Universidad de Dundee. Escocia.

- Marcelo J. Yanovsky. Investigador independiente. Instituto de Investigaciones Bioquímicas   de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir.

- Craig Simpson. Instituto James Hutton, Invergowrie. Universidad de Dundee. Escocia.

- John W. S. Brown. Instituto James Hutton, Invergowrie. Universidad de Dundee. Escocia.

- Andrea Barta. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria.

- Maria Kalyna. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria.

- Alberto R. Kornblihtt. Investigador superior. IFIBYNE.

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Correo del Maestro Núm. 65,octubre 2001
   
Los murciélagos a través del ojo de la ciencia - Bernardo Rodríguez Galicia

Únicos en su clase, los murciélagos son mamíferos que poseen la virtud de volar; cuentan con diversos hábitos alimenticios que van de lo frugívoro

a lo nectívoro, piscívoro, insectívoro, omnívoro e, inclusive, los hay hematófagos (murciélagos vampiros), es decir que se alimentan de sangre. Son de costumbres  nocturnas y se comunican, principalmente, por un complejo sistema de sonar.

La característica de volar, así como su aspecto físico, han dado origen, en gran cantidad de idiomas, al vocablo con que se designa a este animal. En alemán se le llama fledermaus, en sueco fladermus, en danés flagger-mur, ‘ratón que vuela’; en chino sein shii, ‘ratón celeste’; en náhuatl químich-papálotl, ‘ratón mariposa’; en francés chauve-souris, ‘ratón calvo’; en portugués y español morcego y ‘murciélago’, respectivamente, vocablos que quieren decir ‘ratón ciego’. Sin embargo, a pesar del amplio conocimiento físico que se tiene de estos animales, es increíble que existan tan pocas investigaciones sobre ellos. La mayoría de ellas se refiere a cómo realizan su vuelo, al contenido estomacal o alimenticio y a las patologías que transmiten a través de algunos virus como el de la rabia. Otras, las de carácter arqueológico o paleontológico, son las menos.

 
Estudios de murciélagos polinizadores

Quizá el papel ecológico más importante del murciélago es el de agente polinizador. De ahí el amplio número de trabajos realizados sobre este tema. Dichas investigaciones tienen su origen en la segunda mitad del siglo XVIII, sin embargo, las más importantes aportaciones se realizaron desde mediados del siglo XX. Destacan los trabajos de Baker y Harris, en Ghana, sobre las visitas de los murciélagos de los géneros Epomophorus y Nanonycteris a las inflorescencias de Parkia clappertoniana. En estos estudios se resalta la importancia de ambos murciélagos en el proceso de polinización de esta leguminosa a la cual llegan en busca de néctar, tal como lo demuestra un análisis estomacal.

En 1960, el científico brasileño Carvalho observó que ejemplares de Crescentia cujete (Bigniniaceae), Alexa grandiflora (Leguminosae), Hymemae courbaril (Leguminosae), Crataeva benthami (Capparidaceae) y Parkia gigantocarpa son visitados por tres especies de murciélagos: Glossophaga s. soricina, Phyllostomus d. discolory Phyllostomus h. hastatus. En su investigación, Carvalho trató de observar el comportamiento de plantas y murciélagos. El examen del contenido estomacal de algunos ejemplares capturados reportó la presencia de restos de insectos, restos vegetales, néctar, pulpa de fruta y granos de polen. Un año más tarde el mismo Carvalho estudió la alternancia de recursos alimenticios utilizados por los murciélagos ya mencionados y sugirió que esto obedece a sus necesidades fisiológicas (Quiroz, et al., 1986).

Ese mismo año (1961) Alcorn et al. verificaron la actividad polinizadora del murciélago del género Leptonycteris sobre el cactus gigante (Saguaro), Carnegia gigantea.

En México, Bernardo Villa (1967), al citar la dieta de los murciélagos mencionó también varios géneros como visitantes de diversas plantas: a Glossophaga lo observó frecuentando flores de Musa (Musaceae) y Lemaireocereus (Cactaceae); a Leptonycteris lo menciona sobreviviendo al cautiverio gracias a una dieta constituida por néctar de Ipomoea (Convulvulaceae) y a Choeronycteris lo encuentra cubierto de polen de la misma planta al ser capturado, al igual que a Hylionycteris, cubierto con polen de Teobroma (Sterculiaceae), (Quiroz, et al., 1986).

En 1969 Álvarez y González estudiaron el contenido palinológico del estómago de murciélagos mexicanos de la subfamilia Glossophaginae; el propósito era establecer los hábitos alimenticios y competencia entre estos mamíferos estimando la cantidad de granos de polen en sus tractos digestivos.

Baker y colaboradores, en 1971, efectuaron un trabajo con Ceiba acuminata y encontraron que sirve como fuente de alimento a varias especies animales que la visitan, incluyendo a los murciélagos. Los autores mencionan que los quirópteros actúan como verdaderos polinizadores.
 
Los hábitos alimenticios de los murciélagos son muy diversos. Hay especies carnívoras, frugívoras, piscívoras, nectívoras, hematófagas e, incluso, algunas que se alimentan de polen. En la fotografía podemos ver un murciélago frugívoro.

En la provincia de Guanacaste, Costa Rica, Heithaus et al. realizaron un estudio para establecer la posible relación y estrategias de la polinización de Glossophaga soricina y Phyllostomus discolor —ambos nectívoros— con respecto a la leguminosa de la especie Bauhinia pauletia.

Más tarde, Howell publicó un artículo en el que presentó los resultados obtenidos de las investigaciones que él realizó en México y Estados Unidos sobre la sensibilidad auditiva y vocalización ultrasónica entre murciélagos de la familia Glossophaginae, en el que menciona que existe una relativa diferencia entre las especies, la que está condicionada por sus preferencias alimenticias.

Sazima y Sazima (1977) encontraron en Brasil a Phyllostomus discolor, Glossophaga soricina y Anoura caudifera alimentándose con las flores de Bauhinia; observaron también a P. discolor visitar las flores de Lafoensia glyptocarpa (Lythraceae) y dedujeron que, dependiendo de la cantidad de flores que presente la planta, esta especie de murciélago llega a ella de manera independiente o bien agrupándose en manadas (Quiroz, et al., 1986). Finalmente, estos mismos autores en 1978 destacaron la importancia que tienen los murciélagos Glassophaga soricina y Corollia perspicillata en la polinización de la ‘flor de la pasión’, Passiflora mucronata (Passifloraceae).
 
La adaptabilidad de los murciélagos al vuelo es comparable con la que tuvieron algunos reptiles voladores y la que tienen aves actuales; en la figura se pueden observar precisamente los mecanismos de adaptabilidad en los miembros anteriores que tuvieron diferentes vertebrados voladores, entre ellos el murciélago, y cómo es esta modificación en el hombre.
Conclusión

Como ya hemos señalado, la investigación de los quirópteros se ha centrado principalmente en el conocimiento de su conducta ambiental, alimenticia o patológica. Quedan por abarcarse campos de estudio muy importantes como la anatomía y fisiología de estos animales. Los estudios paleontológicos —como el realizado en las grutas de Loltún por Arroyo Cabrales y Ticul Álvarez— y los estudios de fósiles o materiales arqueozoológicos —como los de Valadez— son una alternativa en el campo de investigación científica que bien puede explicar la extraordinaria adaptabilidad de estos minúsculos mamíferos así como su relación con el hombre en la época prehispánica.

Los murciélagos han llamado poderosamente la atención del hombre desde épocas remotas, lo que ha llevado, incluso, a tejer falsas creencias y a atribuirles misteriosos poderes sobrenaturales. Han estado presentes, de diversas formas, en muchas culturas, entre ellas las mesoamericanas. En leyendas nahuas aparece como producto del semen de Quetzalcóatl derramado en una roca y como mensajero de los dioses.

Es tal el culto que se brindaba al murciélago en la época prehispánica que en el palacio de Tetitla y el Barrio de los comerciantes, en Teotihuacan, durante las excavaciones arqueológicas se encontraron figurillas zoomorfas que representan verdaderos quirópteros; el hallazgo del dentario y cráneo del murciélago en la cueva teotihuacana así lo confirma y, como menciona el doctor Valadez:

La presencia del murciélago Myotis velifer es un aspecto de enorme valor, dado que los restos de quirópteros en sitios arqueológicos son muy poco comunes. Esta especie es un pequeño organismo, común en la región, que se alimenta de insectos y duerme en huecos de árboles y casas abandonadas. Las cuevas estudiadas durante el proyecto no son un sitio adecuado para que se convirtiera en su refugio, por lo que es lógico suponer que el animal se cazó y posteriormente se llevó a estas...

¿Medicina?, ¿religión?, ¿simbolismo?, ¿superstición?; las investigaciones arqueozoológicas con murciélagos pueden dar respuesta a estas y otras preguntas.
Bibliografía
Arroyo-Cabrales, Álvarez, Ticul. Restos óseos de murciélagos procedentes de las excavaciones en las grutas de Loltún. Colección Científica, Instituto Nacional de Antropología e Historia, México, D.F., 1990.
Arroyo-Cabrales, Polaco, O. “Revisión de los vampiros fósiles (Chiropterae: Phyllostomidae, Desmodontinae) de México”, en: Homenaje al profesor Ticul Álvarez. Colección Científica, Instituto Nacional de Antropología e Historia, México D.F., 1997.
Flores Crespo, R. Prevención de la rabia paralítica bovina y el control de los murciélagos vampiros. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agropecuarias y Pecuarias; taitene, México D. F.,1996.
Quiroz, L.D., et al. Análisis palinológico del contenido gastrointestinal de murciélagos. Colección Científica, Instituto Nacional de Antropología e Historia, México, D.F., 1986.