Cómo los ciclos lunares guían el desove de corales, gusanos y más

Es de noche en el extremo norte del mar Rojo, en el golfo de Áqaba (Eilat), y Tom Shlesinger se prepara para bucear. Durante el día, el fondo marino está lleno de vida y color; por la noche tiene un aspecto mucho más alienígena. Shlesinger está a la espera de un fenómeno que se produce una vez al año para una plétora de especies de coral, a menudo varias noches seguidas, después de la luna llena.

Guiado por una linterna, lo descubre: el coral libera un colorido paquete de huevos y espermatozoides, apretados unos contra otros. “Lo estás mirando y empieza a fluir hacia la superficie”, dice Shlesinger. “Entonces levantas la cabeza, te das la vuelta y te das cuenta: todas las colonias de la misma especie lo están haciendo en este mismo momento”.

Algunas especies de coral sueltan paquetes de un color rosáceo violáceo, otras los sueltan amarillos, verdes, blancos o de otras tonalidades. “Es una sensación estética muy agradable”, afirma Shlesinger, ecólogo marino de la Universidad de Tel Aviv y del Instituto Interuniversitario de Ciencias Marinas de Eilat, Israel, que ha presenciado el espectáculo durante muchos años de buceo. Los corales suelen desovar al atardecer y por la noche, dentro de un estrecho margen temporal de 10 minutos a media hora. “La sincronización es tan precisa que se puede ajustar el reloj a la hora en que ocurre”, afirma Shlesinger.

Los ritmos controlados por la luna en las criaturas marinas se han observado a lo largo de los siglos. Hay conjeturas calculadas, por ejemplo, de que en 1492 Cristóbal Colón se encontró con una especie de gusano marino brillante que participaba en una danza de apareamiento sincronizada por la luna, como la “llama de una pequeña vela que se levanta y se baja alternadamente”. Se cree que diversos animales, como los mejillones de mar, los corales, los gusanos poliquetos y ciertos peces, sincronizan su comportamiento reproductivo con la luna. La razón crucial es que esos animales —por ejemplo, más de cien especies de coral en la Gran Barrera de Coral— liberan sus huevos antes de que se produzca la fecundación, y la sincronización maximiza la probabilidad de encuentro entre óvulos y espermatozoides.

¿Cómo funciona? Durante mucho tiempo ha sido un misterio, pero los investigadores están cada vez más cerca de comprenderlo. Desde hace al menos 15 años saben que los corales, como muchas otras especies, contienen unas proteínas sensibles a la luz llamadas criptocromos, y recientemente han descubierto que en el coral pétreo Dipsastraea speciosa, un periodo de oscuridad entre la puesta del sol y la salida de la luna parece clave para desencadenar el desove unos días más tarde.

Ahora, con la ayuda del gusano marino Platynereis dumerilii, los investigadores han empezado a desentrañar el mecanismo molecular por el que numerosas especies marinas prestan atención al ciclo lunar.

El gusano marino procede de la bahía de Nápoles, pero se cría en laboratorios desde los años cincuenta. Según Kristin Tessmar-Raible, cronobióloga de la Universidad de Viena, es especialmente adecuado para este tipo de estudios. Durante su época reproductiva, desova unos días después de la luna llena: los gusanos adultos suben en masa a la superficie del agua a una hora oscura, entablan una danza nupcial y liberan sus gametos. Tras la reproducción, los gusanos revientan y mueren.

Las herramientas que necesitan las criaturas para cronometrar con tanta precisión —hasta los días del mes y las horas del día— son similares a las que necesitaríamos para organizar una reunión, explica Tessmar-Raible. “Integramos distintos tipos de sistemas de cronometraje: un reloj, un calendario”, explica. En el caso del gusano, los sistemas de cronometraje necesarios son un reloj diario —o circadiano— y otro circalunar para su cálculo mensual.

Para explorar la sincronización del gusano, el grupo de Tessmar-Raible inició experimentos con genes del gusano que llevan instrucciones para fabricar criptocromos. El grupo se centró específicamente en un criptocromo de los gusanos Platynereis dumerilii llamado L-Cry. Para desentrañar su papel en el desove sincronizado, utilizaron trucos genéticos para inactivar el gen l-cry  y observar qué ocurría con el reloj lunar del gusano. También realizaron experimentos para analizar la proteína L-Cry.

Aunque la historia dista mucho de estar completa, los científicos tienen pruebas de que la proteína desempeña un papel clave en algo muy importante: distinguir la luz del sol de la luz de la luna. L-Cry es, en efecto, “un intérprete natural de la luz”, escriben Tessmar-Raible y sus coautores en un resumen sobre los ritmos de las criaturas marinas publicado en 2023 en la revista Annual Review of Marine Science.

Se trata de un papel crucial, ya que, para sincronizarse y desovar la misma noche, las criaturas necesitan seguir los patrones de la luna en su ciclo de aproximadamente 29,5 días: desde la luna llena, cuando la luz de la luna es brillante y dura toda la noche, hasta las iluminaciones más tenues y de menor duración cuando la luna crece y mengua.

Los científicos descubrieron que, en ausencia de L-Cry, los gusanos no lograban discriminar adecuadamente la luz de la luna. Los animales se sincronizaban estrechamente con ciclos lunares artificiales de luz y oscuridad dentro del laboratorio, en los que la “luz del sol” era más tenue que el sol real y la “luz de la luna” era más brillante que la luna real. En otras palabras, los gusanos sin L-Cry se aferraban a ciclos de luz irreales. En cambio, los gusanos normales que seguían fabricando la proteína L-Cry eran más perspicaces y sincronizaban mejor sus relojes lunares cuando la iluminación nocturna se asemejaba más a la del entorno natural de este gusano marino.

Los investigadores también obtuvieron otras pruebas de que la L-Cry desempeña un papel importante en el cronometraje lunar, ayudando a distinguir la luz del sol de la luz de la luna. Purificaron la proteína L-Cry y descubrieron que está formada por dos cadenas proteicas unidas entre sí, cada una de las cuales contiene una estructura que absorbe la luz conocida como flavina. La sensibilidad de cada flavina a la luz es muy diferente. Por este motivo, la L-Cry puede responder tanto a una luz intensa, similar a la luz solar, como a una luz tenue, equivalente a la luz de la luna —luz de más de cinco órdenes de magnitud de intensidad—, pero con consecuencias muy diferentes.

Por ejemplo, tras cuatro horas de exposición tenue a la “luz de la luna”, se produjeron reacciones químicas en la proteína inducidas por la luz (fotorreducción), que alcanzaron su máximo tras seis horas de exposición continua a la “luz de la luna”. Seis horas es significativo, señalan los científicos, porque el gusano solo encontraría seis horas de luz lunar cuando la luna estuviera llena. Esto permitiría a la criatura sincronizarse con los ciclos lunares mensuales y elegir la noche adecuada para desovar. “Me parece muy emocionante que hayamos podido describir una proteína capaz de medir las fases lunares”, afirma Eva Wolf, bióloga estructural del IMB de Maguncia y de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia, y colaboradora de Tessmar-Raible en el trabajo.

Pero, ¿cómo sabe el gusano que está percibiendo la luz de la luna y no la del sol? Los científicos descubrieron que, bajo la luz de la luna, solo una de las dos flavinas se fotorreducía. En cambio, con luz brillante, ambas moléculas de flavina se fotorreducían, y muy rápidamente. Además, estos dos tipos de L-Cry acabaron en diferentes partes de las células de los gusanos: la proteína totalmente fotorreducida en el citoplasma, donde se destruyó rápidamente, y las proteínas L-Cry parcialmente fotorreducidas en el núcleo.

En definitiva, la situación es similar a tener “un ‘sensor de luz baja’ muy sensible para la detección de la luz de la luna con un ‘sensor de luz alta’ mucho menos sensible para la detección de la luz del sol”, concluyen los autores en un informe publicado en 2022.

Por supuesto, aún quedan muchos enigmas por resolver. Por ejemplo, aunque es de suponer que los dos destinos distintos de las moléculas L-Cry transmiten señales biológicas diferentes dentro del gusano, los investigadores aún no saben cuáles son. Y aunque la proteína L-Cry es clave para distinguir la luz del sol de la de la luna, deben intervenir otras moléculas sensoras de la luz, afirman los científicos.

En otro estudio, los investigadores utilizaron cámaras en el laboratorio para grabar el arranque repentino de actividad en el agua (la “danza nupcial” del gusano) que se produce cuando un gusano se dispone a desovar, y lo siguieron con experimentos genéticos. Y confirmaron que otra molécula es clave para que el gusano desove durante la ventana adecuada de una a dos horas —la parte oscura de la noche entre la puesta y la salida de la luna— en las noches designadas para el desove.

Los científicos descubrieron que la molécula, denominada r-Opsina, es extremadamente sensible a la luz, unas cien veces más que la melanopsina del ojo humano medio. Los investigadores proponen que modifica el reloj diario del gusano actuando como sensor de la salida de la luna (la luna sale sucesivamente más tarde cada noche). La idea es que la combinación de la señal del sensor r-Opsina con la información del L-Cry sobre el tipo de luz permite al gusano elegir el momento justo de la noche de desove para subir a la superficie y liberar sus gametos.

¿Dónde residen los cronómetros?

A medida que los biólogos van desentrañando los cronómetros necesarios para sincronizar las actividades de tantas criaturas marinas, surgen las preguntas. ¿Dónde residen exactamente estos guardianes del tiempo? En las especies en las que los relojes biológicos han sido bien estudiados, como la Drosophila y los ratones, el cronómetro central se encuentra en el cerebro. En el gusano marino, los relojes se encuentran en el cerebro anterior y en los tejidos periféricos del tronco. Pero otras criaturas, como los corales y las anémonas de mar, ni siquiera tienen cerebro. “¿Existe una población de neuronas que actúa como reloj central, o es mucho más difusa? Realmente no lo sabemos”, afirma Ann Tarrant, bióloga marina de la Institución Oceanográfica Woods Hole que estudia la cronobiología de la anémona marina Nematostella vectensis.

Los científicos también están interesados en saber qué papel desempeñan los microbios que pueden convivir con las criaturas marinas. Los corales como la Acropora, por ejemplo, suelen tener algas que viven simbióticamente dentro de sus células. “Sabemos que estas algas también tienen ritmos circadianos”, explica Tarrant. “Así que cuando tienes un coral y un alga juntos, es complicado saber cómo funciona”.

A los investigadores también les preocupa el destino de acontecimientos espectaculares sincronizados, como el desove de los corales, en un mundo contaminado por la luz. Si los mecanismos de relojería de los corales son similares a los de los gusanos erizados, ¿cómo podrían las criaturas detectar correctamente la luna llena natural? En 2021, unos investigadores presentaron estudios de laboratorio que demostraban que la contaminación lumínica puede desincronizar el desove en dos especies de coral —Acropora millepora y Acropora digitifera— del océano Indo-Pacífico.

Shlesinger y su colega Yossi Loya han observado precisamente esto en poblaciones naturales, en varias especies de coral en el mar Rojo. En un informe de 2019, los científicos compararon cuatro años de observaciones de desove con datos del mismo sitio 30 años antes. Tres de las cinco especies que estudiaron mostraron asincronía en el desove, lo que llevó a tener menos —o ningún— casos de nuevos corales pequeños en el arrecife.

Además de la luz artificial, Shlesinger cree que podría haber otros culpables, como los contaminantes químicos que alteran el sistema endocrino. Él trabaja actualmente en comprender esto y saber por qué algunas especies no se ven afectadas.

Basándose en sus observaciones submarinas hasta la fecha, Shlesinger cree que unas 10 de las 50 especies que ha estudiado pueden estar desincronizándose en el mar Rojo, cuya porción septentrional se considera un refugio para los corales frente al cambio climático y no ha experimentado blanqueamientos masivos. “Sospecho”, dice, “que oiremos hablar de más problemas así en otros lugares del mundo, y en más especies”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner