Cómo respiran los ojos de las aves.

De todos es sabido que la sangre trasporta nutrientes y oxígeno a las distintas células del organismo animal. El oxígeno en concreto no viaja disuelto en el plasma sanguíneo, como hace el dióxido de carbono, sino combinado reversiblemente con una proteína que contiene hierro, la hemoglobina, en el caso de los vertebrados. Por tanto es crítico que la sangre se distribuya a todos los rincones del cuerpo, cosa que logra mediante una red de capilares. Los órganos del cuerpo que más energía gastan son los que tienen mayor aporte de sangre, porque necesitan más glucosa y oxígeno para funcionar. Por eso es tan extraño que unos órganos tan desarrollados en los pájaros como los ojos tengan tan pocos capilares en su retina. Y es que según un estudio publicado en el Journal of Biological Chemistry por un equipo encabezado por Miriam Blank, de la Universidad de Hamburgo (Alemania), los pájaros pueden “respirar” por los ojos mediante una proteína llamada globina E.

Los ojos de los pájaros están extremadamente desarrollados, desde la agudeza visual de las grandes rapaces que pueden distinguir una presa o carroña, literalmente, a kilómetros, a la capacidad de visión nocturna de los búhos, pasando por la sensibilidad al ultravioleta o la capacidad de ver el campo magnético de otros. Estos niveles de eficacia y eficiencia están en parte relacionados con cómo se desarrollan los ojos en las aves, específicamente su retina.

La retina de las aves crece a partir del encéfalo durante el desarrollo, lo que la hace parte integrante del sistema nervioso. La retina de los pájaros es mucho más compleja en estructura y composición que la humana, y contiene muchos más fotorreceptores, células con forma de bastones y conos que detectan la luz y el color, respectivamente.

En los vertebrados en general, y en las aves en particular, el proceso de la visión requiere grandes cantidades de energía metabólica y, por lo tanto, de oxígeno. Sin embargo hasta ahora no se tenía claro cómo las aves garantizaban el suministro de oxígeno a unas retinas que son gruesas, grandes (el ojo de algunos búhos tiene el tamaño del de un humano) y, por así decirlo, de altas prestaciones, cuando no tienen capilares ni en la superficie ni en el interior de la retina.

La primera hipótesis para explicar cómo ha sido posible la evolución de las retinas de las aves sin una red de capilares era que una proteína de la misma familia de la hemoglobina, la neuroglobina, podría ser un medio para el suministro de oxígeno. Se sabe que la neuroglobina suministra oxígeno al tejido nervioso, por lo que era el sospechoso por defecto. Los investigadores descubrieron, sin embargo, que la huella del ARN de otra proteína de la misma familia y, hasta donde se sabe, exclusiva del ojo de las aves, la globina E, era100 veces más prevalente que la de la neuroglobina, lo que indicaría que probablemente la función de la neuroglobina en el ojo sea otra distinta al aporte de oxígeno. Esta función está pendiente de definir.

Un análisis y caracterización de la globina E demostró que se encontraba en grandes cantidades en los fotorreceptores de los ojos de gallina analizados. Un análisis espectroscópico y la cinética del enlace al oxígeno puso de manifiesto que una globina E pentacoordinada con el oxígeno da valores de afinidad suficientes como para explicar el aporte extra de oxígeno que la retina necesita.

Dentro del grupo de las globinas hemos mencionado la hemoglobina y la neuroglobina. Otro miembro importante es la mioglobina, que es responsable del almacenamiento y liberación del oxígeno en el corazón y en las fibras musculares esqueléticas. Los pájaros han evolucionado para tener un sistema parecido al del corazón pero, en vez de usar el oxígeno para la contracción muscular, la energía se emplea en generar señales nerviosas en el ojo.

Como siempre, surgen nuevas preguntas muy interesantes. Una de ellas es ¿por qué sólo las aves tienen globina E? Los seres vivos sobre la tierra compartimos un origen común, pero a la globina E, que tuvo que evolucionar a partir de otra globina, y que pertenece al grupo de las globinas, no se le conocen parientes fuera de las aves, al menos en los vertebrados. Aquí hay tema para una tesis, ¿alguien se anima?

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la VI Edición del Carnaval de Química que organiza Divagaciones de una investigadora en apuros.

Referencia:

Miriam Blank, Laurent Kiger, Anke Thielebein, Frank Gerlach, Thomas Hankeln, Michael C. Marden & Thorsten Burmester (2011). Oxygen supply from the bird's eye perspective: Globin E is a respiratory protein in the chicken retina Journal of Biological Chemistry : 10.1074/jbc.M111.224634