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Hoy en mi ocio nocturno en el telescopio, decidí terminar de escribir una nota que tenía a medias desde el 2014. En esos tiempos, vi un anime llamado Knights of Sidonia, que se sitúa en un futuro donde los humanos han abandonado la Tierra luego de que esta fuera destruida por unos monstruos alienígenas llamados Gauna. Los sobrevivientes viajan a bordo de naves espaciales masivas creadas a partir de los restos del planeta. Una de estas naves es Sidonia, que ha desarrollado su propia cultura basada en la de Japón, y donde la clonación humana, la reproducción asexuada y la ingeniería humana como los híbridos humano/animal y la fotosíntesis humana son triviales (descripción cortesía de Wikipedia).

Precisamente el tema de la fotosíntesis humana fue lo que más llamó mi atención. Los personajes se encuentran en una situación de sobrevivencia en la que no les viene nada de mal el hecho de controlar el consumo de provisiones en base a otros métodos de generación de energía, como la fotosíntesis. Este proceso hace que reduzcan sus comidas a solo una ración semanal y el resto del tiempo, “toman sol”. Pero, ¿es realmente posible llegar a esto? ¿Podríamos en un futuro usar estos métodos para largos viajes espaciales?

¿Qué es la fotosíntesis?

Esquema ultra sencillo de la fotosíntesis.

Esquema ultra sencillo de la fotosíntesis.

Primero introduzcamos el tema de la fotosíntesis (hola de nuevo, Wikipedia). Este proceso es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz . Es decir, transformaremos la energía lumínica en energía química estable.
Los orgánulos citoplasmáticos encargados de realizar la fotosíntesis se llaman cloroplastos (de color verde gracias a la presencia de la clorofila). En su interior hay diversos componentes, entre los que destacan las enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono (CO_{2}) en materia orgánica.
Es importante que recordemos que la vida en nuestro planeta se mantiene principalmente gracias al proceso de fotosíntesis que realizan las algas en el medio acuático, y las plantas en el medio terrestre. La materia orgánica que sintetizan a partir de la luz y la materia inorgánica es imprescindible para la constitución de los seres vivos.

¿Es la fotosíntesis solo para las plantas?

Como regla general, los animales no podemos hacer fotosíntesis, pero todas las reglas tienen excepciones.
Este artículo de la BBC nos da algunos ejemplos de animales que han sabido aprovechar este mecanismo propio de las plantas.
220px-Acyrthosiphon_pisum_(pea_aphid)-PLoSEl primero es el pulgón de guisante (Acyrthosiphon pisum), el enemigo de los agricultores, pero un gran amigo de los genetistas.
Alain Robichon, del Instituto Sophia Agrobiotech en Francia, y sus colaboradores, reportaron que este pulgón utiliza un pigmento llamado carotenoide para “cosechar” la energía del Sol y fabricar ATP, una molécula que almacena energía química. Este insecto es uno de los pocos animales que pueden fabricar este pigmento por sí mismos, usando genes robados de los hongos. Los pulgones verdes (con muchos carotenoides) producen más ATP que los blancos (casi sin carotenoides), y los naranjos (con niveles intermedios) fabrican más ATP a la luz del sol que en la oscuridad.

149532380.PWY9dxqUOtro insecto, la avispa oriental, podría realizar un mecanismo similar, pero usando un pigmento llamado “xanthopterin” (ni idea la traducción >.<) para convertir la luz en energía eléctrica. Ambos insectos podrían usar esta habilidad como método de respaldo, cuando las provisiones bajan o la demanda es alta. Pero ambos son controversiales, debido al poco conocimiento sobre los detalles de este proceso. Y de todos modos, ninguno de estos métodos es realmente fotosíntesis, la cual incluye transformación de CO2 en azúcares y otros componentes. Coral_polyps_in_symbiosis_with_unicellular_dinoflagellatesPero ahora viene lo bueno… Existen animales que pueden hacer fotosíntesis en todo su maravilloso esplendor, y lo hacen como trabajo en equipo. Los corales son el clásico ejemplo. Los corales son una colección de cientos de miles de animales que se asemejan a las anémonas, que viven en arrecifes. Dependen de unas algas microscópicas llamadas “dinoflagellates” que viven en unos compartimentos especiales al interior de sus células. Estos residentes, o endosimbiontes, pueden hacer fotosíntesis y proveen al coral con nutrientes. Algunas anémonas, almejas, esponjas y gusanos también tienen endosimbiontes capaces de realizar fotosíntesis.

21_ys_aUn caso aun más interesante es el de la salamandra moteada. Sus patitas teñidas de verde están llenas de algas, que invaden las células de los embriones, convirtiéndolos en animales de “alimentación solar”. Estas algas mueren a medida que las salamandras se convierten en adultas (porque la adultez lo arruina todo), pero no sin haberles otorgado una valiosa fuente de energía durante su juventud.

dn16124-1_300Otro método para hacerse simbiontes es ROBAR sus pequeñas fábricas de energía. Como mencionamos antes, en las células de las plantas, la fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos. Entonces, ¿para qué hacer trabajo en equipo con un simbionte si podemos robarle sus cloroplastos?
Un grupo de animales (vándalos, crimen organizado) realiza este método. Las babosas de mar Elysia, roban los cloroplastos de las algas y los usan por sí mismas, lo que les permite “vivir como plantas”. Esta asociación es vital para la babosa y no puede llegar a la adultez sin ella,, sin embargo, aun no se sabe con claridad cómo las babosas mantienen y usan sus cloroplastos. Este método no funciona así como así, muchas de las proteínas que usan los cloroplastos están codificadas con el genoma de la célula anfitriona. La babosa tiene al menos un gen de alga.

¿Y en los humanos?

Después de esta hermosa charla sobre animales, usted me dirá: ¿Y los humanos qué?

green-giant-parkChris Howe de la Universidad de Cambridge dice “Si uno quisiera formar un vínculo entre un cloroplasto y un anfitrión animal, se necesitaría mucha maquinaria extra. Uno tendría que poner todos esos genes en el genoma del anfitrión.” Y con cientos de estos genes, convertir una célula humana en un hogar compatible para los cloroplastos implicaría una ingeniería genética muy avanzada.

Pero supongamos por un minuto que logramos hacer esto. ¿Funcionaría? Probablemente no. La fotosíntesis es una habilidad inútil si no podemos exponernos al Sol lo máximo posible. Esto requiere una gran área de tejido capaz de fotosintetizar, como las hojas en las plantas. En el caso de la Elysia, siendo plana y verde, es como una hoja viviente, además de ser traslúcida, lo que permite que la luz pase a través de sus tejidos hasta los cloroplastos.

Lamentablemente, los humanos somos “columnas opacas”, así que aun si nuestra piel estuviese llena de cloroplastos, solo podrían fabricar una fracción de los nutrientes que necesitamos para sobrevivir (como en la serie). Así que a menos que queramos convertirnos en árboles (Groot?), al parecer esto de la fotosíntesis no es para nosotros, al menos no para cubrir todos los nutrientes que necesitamos y no hasta que la ingeniería genética esté super muy mucho avanzada.

Referencias:
Light- induced electron transfer and ATP synthesis in a carotene synthesizing insect – Valmalette et al. 2012
Will we ever… photosynthesise like plants? – BBC News