Ver sin ojos
El siguiente ensayo se ha reproducido con permiso de The Conversation, una publicación en línea que cubre las últimas investigaciones.
Los seres humanos somos criaturas extraordinariamente visuales. Y los que estamos dotados de una visión normal estamos acostumbrados a pensar que nuestros ojos son vitales para nuestra experiencia del mundo.
La visión es una forma avanzada de fotorrecepción, es decir, de percepción de la luz. Pero también experimentamos otras formas más rudimentarias de fotorrecepción en nuestra vida cotidiana. Todos conocemos, por ejemplo, el placer de percibir el calor del sol en nuestra piel, en este caso utilizando el calor como sustituto de la luz. No se necesitan ojos ni células fotorreceptoras especiales.
Pero los científicos han descubierto en las últimas décadas que muchos animales -incluidos los seres humanos- sí tienen moléculas especializadas en detectar la luz en lugares inesperados, fuera de los ojos. Estos «fotorreceptores extraoculares» suelen encontrarse en el sistema nervioso central o en la piel, pero también es frecuente que se encuentren en órganos internos. Qué hacen las moléculas sensoras de luz en lugares más allá de los ojos?
La visión depende de la detección de la luz
Todas las células visuales identificadas en los animales detectan la luz utilizando una única familia de proteínas, llamadas opsinas. Estas proteínas agarran una molécula sensible a la luz -derivada de la vitamina A- que cambia su estructura cuando se expone a la luz. La opsina, a su vez, cambia su propia forma y activa vías de señalización en las células fotorreceptoras que, en última instancia, envían un mensaje al cerebro de que la luz ha sido detectada.
La mayor parte de nuestra visión consciente proviene de los fotorreceptores de la retina, la capa sensible a la luz situada en la parte posterior de nuestro globo ocular. En los animales con columna vertebral (vertebrados), las células que detectan la luz para la visión tienen una forma imprecisa de bastones o conos, lo que les da sus nombres familiares.
Desde hace tiempo sabemos que otros vertebrados tienen fotorreceptores adicionales en sus cerebros. Pero los científicos habían pensado durante mucho tiempo que los bastones y los conos eran prácticamente toda la historia de la visión de los mamíferos. Por ello, el descubrimiento, a principios de la década de 2000, por parte del grupo de David Berson en la Universidad de Brown, de otras células en la retina de un ratón que responden a la luz fue una sorpresa.
Más extraños aún fueron los descubrimientos asociados en muchos laboratorios que demostraban que estas células contenían una nueva clase de proteínas opsinas llamadas melanopsinas, nunca antes vistas en vertebrados (pero similares a las de muchos invertebrados). Parece que no están implicadas en la visión consciente.
Difícilmente podemos llamarlas extraoculares, ya que están ahí mismo, en el ojo. En su lugar, suelen denominarse fotorreceptores «no visuales». Este es el término que los investigadores utilizan para todos los fotorreceptores animales que no están asociados a las vías de imagen de los sistemas nerviosos.
Así que ahora sabemos que hay fotorreceptores no visuales en los propios ojos de muchos -quizás la mayoría- de los animales. Dónde más podemos encontrarlos en todo el cuerpo?
La caza de fotorreceptores que no están en los ojos
En general, identificar un potencial fotorreceptor extraocular significa buscar las proteínas que pueden detectar la luz, las opsinas. La llegada de tecnologías de genética molecular baratas y eficientes ha convertido la búsqueda de opsinas en una industria artesanal en laboratorios de todo el mundo.
Las células que contienen opsinas son probablemente fotorreceptores activos, pero los investigadores utilizan pruebas fisiológicas o de comportamiento para confirmarlo. Por ejemplo, pueden buscar cambios eléctricos o buscar un cambio en la actividad de un animal cuando exponen la célula a la luz.
Los fotorreceptores que los científicos han encontrado más allá de los ojos se localizan más comúnmente en el sistema nervioso central. Casi todos los animales tienen varios tipos en el cerebro y a menudo también en los nervios.
En la piel es donde vemos la mayoría de los otros receptores de luz, en particular en las células activas que cambian de color o en los órganos de la piel llamados cromatóforos. Son las manchas negras, marrones o de colores brillantes que lucen muchos peces, cangrejos o ranas. Alcanzan su máximo desarrollo en los cefalópodos: pulpos, calamares y sepias. Los animales controlan activamente su color o patrón por varias razones, la mayoría de las veces para camuflarse (para igualar el color y el patrón del fondo) o para producir señales brillantes y prominentes para la agresión o para atraer a la pareja.
Sorprendentemente, existe una segunda clase de moléculas sensibles a la luz, además de las opsinas, que nunca se utilizan para la visión (por lo que sabemos). Aparecen en algunas estructuras nerviosas, como el cerebro o las antenas de algunos insectos e incluso en las retinas de las aves. Se trata de los criptocromos, bien llamados porque sus funciones y métodos de acción son aún poco conocidos. Los criptocromos se descubrieron originalmente en las plantas, donde controlan el crecimiento y los cambios reproductivos anuales.
¿Por qué detectar la luz fuera de los ojos?
Ahora que sabemos que estos fotorreceptores pueden encontrarse en todo el cuerpo de los animales, ¿qué demonios hacen realmente? Obviamente, su función depende en parte de su ubicación.
En general, regulan el comportamiento mediado por la luz que existe por debajo del nivel de conciencia y que no requiere tener un conocimiento extremadamente preciso de la ubicación de una fuente de luz en el espacio o el tiempo. Las funciones típicas incluyen la sincronización de los ciclos diarios de alerta, sueño y vigilia, el estado de ánimo, la temperatura corporal y otros numerosos ciclos internos que están sincronizados con los cambios del día y la noche.
Los relojes biológicos que mantienen ciclos fisiológicos regulares -y que causan las molestias del jet lag- casi siempre están controlados por estos fotorreceptores. Estos detectores también son importantes para la apertura y el cierre de la pupila del ojo para ayudar a ajustarse a los diferentes niveles de luz. Los fotorreceptores de la piel, como los de los peces o los pulpos, a menudo controlan las variaciones de color y de patrón.
En algunos animales, tienen una tarea bastante diferente, y bastante sorprendente: proporcionar magnetorrecepción, la capacidad de detectar el campo magnético de la Tierra. Esta capacidad se basa en los criptocromos, que aparentemente subyacen a mecanismos de orientación magnética en animales tan diferentes como las aves y las cucarachas.
Las personas también tienen capacidades fotorreceptoras no visuales
Con el descubrimiento de células retinales sensibles a la luz, además de los bastones y los conos en las retinas de los mamíferos, se hizo evidente que los humanos también deben utilizar vías no visuales para el control del comportamiento y la función.
El tamaño de la pupila varía con los cambios de luz, incluso en los humanos funcionalmente ciegos. Un estudio conjunto británico-estadounidense, publicado en 2007, descubrió que los pacientes que han perdido todos los bastones y conos debido a trastornos genéticos pueden seguir teniendo ritmos diarios y pupilas que responden a la luz. Uno de los pacientes podía incluso informar de la sensación de «luminosidad» cuando se le mostraba una luz azul, lo que debería estimular los fotorreceptores de la retina que no son bastones ni conos.
Una investigación reciente con roedores en la Universidad Johns Hopkins realizada por el grupo de Samer Hattar sugiere que las vías no visuales pueden regular el estado de ánimo, la capacidad de aprendizaje e incluso la sensibilidad de la visión consciente.
Por último, un inesperado hallazgo reciente en una investigación dirigida por Solomon Snyder y Dan Berkowitz, también en la Universidad Johns Hopkins, descubrió que los vasos sanguíneos de los ratones contienen melanopsina, la opsina utilizada en la fotorrecepción no visual de la retina. Descubrieron que esta proteína sensible a la luz puede regular la contracción y relajación de los vasos sanguíneos. Como es probable que los seres humanos tengan el mismo sistema, esto podría explicar en parte el aumento de los infartos por la mañana, que quizá estén asociados a los cambios de presión arterial que se producen en ese momento.
Sabemos que la detección no visual de la luz es ubicua y significativa en la vida de los animales. Las investigaciones futuras seguirán desentrañando sus efectos en la salud y el bienestar humanos.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.