Armas biológicas: Los nematocistos

En la búsqueda de alimentación o defensa del espacio en el arrecife los organismos marinos pueden recurrir a diferentes armas, ya en una nota anterior hablamos de las palitoxinas y hoy me pareció interesante conversar de otra fascinante arma que es fuerte y letal, bueno, más que un arma, es verdadera artillería que es frecuente entre ciertos organismos que podemos tener en el acuario, los nematocistos.


Nematocistos

En la base de la red trófica sin duda el fitoplancton es fundamental y el zooplancton por igual, los copépodos y organismos similares son excelentes depredadores del fitoplancton, en su evolución aprendieron a “olerlo”, incluso a la distancia gracias a un sofisticado sistema nervioso con órganos sensoriales que les permiten seguir el rastro en el agua de las sustancias químicas que libera el fitoplancton. Pero por igual hay otros organismos que han evolucionado para depredar sus alimentos y luchar por el espacio en el arrecife y así es como estos copépodos también pueden terminar siendo depredados por organismos mayores en la estratificación de la red trófica.


Existen más de 10.000 especies de cnidarios, nombre que proviene del griego y que significa ortigar y entre ellos se comparte una característica que les es común, tener una artillería de defensa o de ataque para conseguir su alimento, sus presas como el zooplancton y defender o ganar territorio en el arrecife. Esta artillería del Phylum Cnidaria son los nematocistos que están presentes en sus tentáculos.

Cnidarios
Cnidarios

Un nematocisto es un tipo orgánulo subcelular producido por unas células llamadas cnidocitos que están presentes en los Cnidarios, un filo de animales relativamente simples que viven en el agua, mayormente en los océanos. Entre ellos tenemos medusas, corales, anémonas, hidroides. Estos organismos con sus células cnidocitas, que almacenan veneno y están presentes en los tentáculos y boca de estos organismos son lanzados por medio de un filamento hacia la presa, la cual, por así decirlo, es arponeada y recibe la descarga de las toxinas neurotóxicas o citolisinas para así capturarla, pero por igual puede usarla como arma de defensa en la lucha por el espacio en el arrecife.


nematocisto

Así por ejemplo, en nuestra historia inicial, cuando nuestro copépodo pasa muy próximo al cilio sensorial de un hidroide este lanza por la activación de sus células nerviosas en la piel de sus tentáculos una batería de nematocistos para capturar esta presa. El nematocisto conocido en este caso como estenotelo contiene un largo y enrollado arpón que perfora la presa, descarga la toxina y la inmoviliza para ser devorada.

hidroides
Algunos hidroides

Cuando un número adecuado de nervios responde a una presa, los nematocistos se descargan en un patrón predeterminado. Basta con que uno detecte la presencia de la presa para que “informe” la posición de esta y se de una descarga de la batería de ataque, toda una artillería que se dispara sobre el objetivo.


nematocisto

Los nematocistos son cápsulas con forma de bulbo incrustada en la superficie de los tentáculos, con paredes elásticas y una estructura con una tapa que mantiene la cápsula cerrada y en su interior hay túbulos proteicos en forma de dardo o arpones con púas en el extremo para que no escape su presa. Cuando la “artillería” detecta la presa la tapa de la estructura se abre y los “arpones” son lanzados. Salvo los Cnidarios ningún otro animal tiene estas cédulas.


Los acuaristas somos conscientes de que los iones de calcio son necesarios para algunos aspectos de la vida de los cnidarios, pero para los corales el calcio es fundamental para muchísimos aspectos de su vida más allá de formar sus estructuras.

Los corales utilizan los iones de calcio del agua de mar, que se combinan con los iones de carbonato para fabricar sus esqueletos, pero también es utilizada en la bioquímica de la función muscular, así como para funciones metabólicas de sus células y por tanto para la actividad metabólica celular interna que forma los nematocistos.


La matriz de la cápsula interna del nematocisto contiene muchos polímeros cargados negativamente de iones calcio dispuestos a su alrededor en una especie nube apretada. Así que una vez que el nematocisto es segregado este está literalmente lleno de iones calcio y se ha determinado que estos nematocistos que rodea a la cápsula existen también para mantener el equilibrio iónico, para mantener los iones de calcio estabilizados dentro de la cápsula.


La presión osmótica dentro de la cápsula del nematocisto es enorme, de unos 15 megapascales. Recordemos que un pascal es una unidad de presión en el sistema métrico y que corresponde a 1 kilogramo por metro cuadrado. Esta presión osmótica

estira ligeramente la pared de la cápsula, que como les comenté antes, son flexibles. Para que tengan una idea se trata de la misma presión por pulgada cuadrada que encontramos en los cilindros de buceo que están llenos y construidos de acero o aluminio.


Antes de la descarga del nematocisto, el nematocisto mantiene metabólicamente una ligera carga eléctrica iónica sobre su membrana celular. Cuando el nematocisto se descarga, las cosas suceden super rápidamente. Un pequeño impulso eléctrico iónico de una neurona, o algún otro estímulo, hace que la carga iónica en la pared celular se invierta. Este cambio de carga iónica, llamado despolarización, permite que los iones de calcio del interior de la cápsula que se precipiten hacia el citoplasma celular que la rodea.


Dado que el interior de la célula está mucho más concentrado en iones de calcio que el medio externo circundante el desequilibrio osmótico resultante es instantáneo y hace que los fluidos externos entren en la célula y en la cápsula, lo que, a su vez, hace que el “arpón” salga disparado. Todo esto ocurre en aproximadamente 7/10 de una millonésima de segundo, o sea 0,7 μseg (0,0000007 segundos).


Si aún no entendemos la rapidez de la descarga de un nematocisto, veámoslo con un ejemplo, esa velocidad es 143 mil veces más rápida que un parpadeo del ojo, que es de 0,1 segundos.

 
 

La única estructura que es absolutamente única y que define a los cnidarios es su explosiva cápsula intracelular que llamamos nematocisto o cnida como lo señalé al inicio. Sólo unos pocos cnidarios no tienen nematocistos, y no los tienen porque esas especies los han perdido a través de la evolución.


Pero debemos entender que hay otros organismos, no cnidarios que tienen nematocistos, pero a estos se les llama nematocistos funcionales, sea, se les llama así a aquellos nematocisto que sólo se encuentran en otros pocos tipos de animales, especies de otro filo de animales, los moluscos, estos por un lado soportan el ataque de los nematocistos y por otro lado lo usan en su propio beneficio. Este es el caso, por ejemplo, de los nudibranquios aeolidáceos que predan anémonas, hidrozoos.

Berghia coerulescens
Berghia coerulescens (Laurillard, 1830). Foto Parent Géry.

Pero también tenemos organismos que son capaces de no activar las alertas para la artillería de nematocistos y si se activan son capaces soportar el ataque. Estos otros organismos usan los organismos cnidarios en su beneficio, ya no para alimentarse de estos como el nudibranquio, sino para usarlo como protección contra otros depredadores. Este es el caso por todos nosotros conocidos de los peces payasos que usan las anémonas como hogar seguro o a falta de esta un coral antorcha o torch, u otro. Pero también tenemos algunos crustáceos que hacen esa simbiosis también con las anémonas, como el camarón pistolero o el cangrejo porcelana, entre otros.


El desarrollo del nematocisto es sin duda un arma de depredación y defensa extraordinaria de los cnidarios y muy distinguida de otros mecanismos del mundo animal; por ello no es de extrañar que los cnidarios sean grandes sobrevivientes y constituyan una gran diversidad.


El número total de tipos de nematocistos aún no está claro y ninguna de las categorizaciones es aceptada por todos. Existen categorizaciones en razón del tamaño, la forma, la longitud de los túbulos, estructura, cerdas secundarias, estructuras acompañantes, etc.


También la distribución de los tipos de nematocistos varía entre los distintos grupos de cnidarios.


Recordemos que la moneda tiene dos caras, por un lado, primero tenemos un disparo del “arpón” que ya de por sí hace suficiente daño, pues rompe al organismos agredido para penetrarlo. ¿se acuerdan del ejemplo con la velocidad que sale ese “arpón”? y por el otro lado de la moneda tenemos una descarga de veneno tóxico, pero ¿qué tan tóxico puede ser un nematocisto?

avista de mar
Avispa de mar

Casos como los venenos de medusas han demostrado ser probablemente de los venenos naturales más letales que se pueden inyectar, incluso al ser humano. El contenido de un nematocisto de los cubozoos o medusa de caja, llamados en algunos lugares como avispas de mar, son incluso capaces de matar a una persona, y ello ya ha sucedido.


El veneno se desplaza, se inyecta, sale del interior de la cápsula a través del túbulo y llega a la presa para así hacer de dos funciones: defensa o captura de alimentos.



Los cnidarios que se alimentan de peces o utilizan sus nematocistos como defensa contra los depredadores vertebrados, probablemente tendrán toxinas potencialmente

activas que afectan al ser humano en mayor o menor grado y por supuesto a sus presas o a sus depredadores. Algunas toxinas pueden actuar por vías bioquímicas, afectando la

respiración celular y por tanto hay un potencial peligro para las personas que nadan en los océanos con presencia de medusas caja.


En nuestros acuario los nematocistos pueden provocar problemas que van de leves a graves. Recordemos que todas las anémonas, hidroides o corales en el acuario tienen nematocistos y que todos estos nematocistos están cargados de veneno con diferentes poderes, así que el respeto hacia estos organismos debe estar siempre presente. Se ha documentado que más de 30 especies de anémonas de mar tienen toxinas que pueden ser venenos con diferentes poderes e incluso letales para personas alérgicas, por ejemplo, la Urticina piscivora, una anémona comedora de peces que teniendo extendidos sus tentáculos puede llegar a una extensión de 50 centímetros. El grosor de sus tentáculos en su base puede ser igual al dedo de la mano.


Urticina piscivora
Urticina piscivora

Otro ejemplo ya en nuestros acuarios son las anémonas de los payasos del Indo-Pacífico, las aiptasias, corales como las Euphyllia, Galaxeas fascicularis, Catalaphyllia jardinei, entre otras que están sumamente cargadas de nematocistos.


Quienes vivimos en Costa Rica, o en Caribe y conocemos los corales de fuego presentes en la mayor parte del Caribe, sabemos que es un nombre bien ganado, aunque parecen corales inocentes estos están muy cargados de nematocistos y por ello su nombre.


Espero que la presente nota fuera del agrado de ustedes, feliz acuarismo!

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