Sustancias naturales de moluscos opistobranquios: estudio de su estructura, origen y función en ecosistemas bentónicos

Abstract

Los Moluscos Opistobranquios, en relación a la reducción o incluso pérdida de la concha, han desarrollado múltiples y sofisticados métodos de defensa (incluyendo la defensa química) que les han permitido sobrevivir sin dicha defensa mecánica. En esta Tesis se estudia el papel de las sustancias naturales de Moluscos Opistobranquios, haciendo énfasis en aspectos biológicos tales como el origen dietético o biosintético de las mismas, su localización en el organismo, y su actividad y función en el ecosistema. Se analizan 16 especies de doridáceos del Mediterráneo y Atlántico próximo, para las que se detalla y discute la estructura, localización, origen y función de sus metabolitos; en algunos casos se describen características poco o nada conocidas de estas especies (como estudios detallados de la rádula mediante microscopía electrónica de barrido, o estudios histológicos y citológicos al microscopio óptico y al electrónico). Otras 39 especies se han analizado de modo preliminar.<br/><br/>El material ha sido capturado mediante inmersión, arrastre o dragado, especialmente en las costas napolitanas, catalanas y asturianas. Se han realizado diversos tipos de experimentos, algunos en acuario y otros en el mar, incorporando las sustancias a probar en fragmentos de calamar y de gusanos poliquetos. Se han cultivado las puestas de numerosas especies, y se han mantenido ejemplares en acuario durante más de un año para estudiar su crecimiento. La metodología química ha seguido las fases usuales de extracción, análisis mediante TLC, aislamiento, purificación e identificación de los metabolitos.<br/><br/><i>Hypselodoris cantabrica</i> contiene moléculas orgánicas con 15 átomos de Carbono (sesquiterpenos): longifolina, tavacfurano, nakafurano-9, dendrolasina, agassizina, <i>ent</i>-furodysinina, <i>iso</i>-nakafurano-9 e <i>iso</i>-dehidro-dendrolasina. Existen diferencias cualitativas y cuantitativas entre ejemplares de poblaciones distintas. La naturaleza química de los compuestos presentes en esta especie y su localización en la glándula digestiva y MDFs (formaciones dérmicas del manto), apoyan una estrategia defensiva ligada a la depredación sobre esponjas (Dysidea fragilis). Estas sustancias, de tipo furánico, presentan actividad ictiorrepelente, y se localizan en las .MDFs cerca de branquias y rinóforos.<br/><br/><i>Hypselodoris webbi</i> es capaz de seleccionar, en distintas áreas geográficas, esponjas <i>(D. fragilis)</i> ricas en longifolina y otros furanosesquiterpenos con actividades tóxicas y repelentes. En base al estudio químico, podemos decir que su dieta se amplía a esponjas similares a la variedad rica en longifolina, en las que otros furanos pueden ser mayoritarios (nakafurano-9, <i>iso</i>-tavacfurano). Estos metabolitos de origen dietético se acumulan en las MDFs y están presentes en la secreción mucosa del animal.<br/><br/><i>Hypselodoris Villafranca</i> presenta longifolina y nakafurano-9 en las MDFs y glándula digestiva, en ejemplares del Mediterráneo, mientras que los ejemplares del Cantábrico presentan los 8 furanos mencionados para <i>H. cantabrica</i>, con idéntica localización, procediendo en ambos casos de origen dietético (<i>Dysidea fragilis</i> y otras esponjas similares). <i>Hypselodoris tricolor</i> presenta idénticos productos que <i>H. Villafranca</i> del Cantábrico, con igual localización, origen y función. <i>Hypselodoris fontandraui</i> e <i>Hypselodoris</i> sp presentan similares compuestos y estrategias defensivas, si bien no todos los compuestos han podido ser identificados.<br/><br/><i>Hypselodoris orsini</i> utiliza una estrategia defensiva basada en compuestos derivados del scalaradial (sesterterpeno), compuesto de la esponja <i>Cacospongia mollior</i>, que acumula preferentemente en las MDFs y glándula digestiva. Estos metabolitos son completamente distintos a los mencionados hasta ahora para las demás especies de <i>Hypselodoris</i>.<br/><br/><i>Chromodoris lutorosea</i> presenta compuestos con 20 átomos de Carbono<br/>(diterpenoides), distintos según su localidad de procedencia y localizados en el borde del manto (donde se hallan las MDFs) y hepatopáncreas, que proceden seguramente de esponjas relacionadas con <i>Aplysilla</i>, <i>Chelonaplysilla</i>, etc. y que el nudibranquio probablemente utiliza para su defensa. <i>C. luteorosea</i> de Asturias presenta macfarlandina A, luteorosina, polyrhaphina C, norrisolide y chelonaplysina C. <i>Chromodoris purpurea, C. krohni</i> y <i>C. britoi</i> presentan similares o iguales compuestos y la misma estrategia defensiva.<br/><br/><i>Doris verrucosa</i> presenta, en poblaciones de distintos lugares, los mismos metabolitos: verrucosinas y xylosil-MTA. Las primeras se localizan en el manto y son biosintetizadas por el animal, teniendo potentes efectos (ictiotóxicos y otros). La xylosil-MTA se localiza en glándula hermafrodita y puesta y podría estar implicada en la fisiología de la reproducción y/o desarrollo de la puesta, así como en su protección. Una oxima del ácido pirúvico, procedente de la esponja <i>Hymeniacidon sanguinea</i>, establece una clara relación depredador-presa. <i>Peltodoris atromaculata</i> acumula en la glándula digestiva las petroformynas de <i>Petrosia ficiformis</i>, que presentan varias actividades tóxicas.<br/><br/><i>Dendrodoris limbata</i> presenta potentes sesquiterpenoides (olepupuana y otros) situadas en el borde del manto, y ésteres drimánicos localizados en la glándula hermafrodita y puesta, así como 7-deacetoxy-olepupuana en las branquias. Estos compuestos tienen efectos tóxicos y repelentes. El polygodial no se halla en los ejemplares en vivo, y es el resultado de la transformación de la olepupuana en el medio exterior. <i>Dendrodoris grandiflora</i> presenta una estrategia defensiva muy similar, si bien aparecen además otros productos minoritarios que no han podido ser identificados. En <i>D. grandiflora</i> se detectan en la glándula digestiva terpenos de origen dietético procedentes de esponjas. En ambas especies la 7-deacetoxy-olepupuana podría ser el precursor de la olepupuana. <i>Doriopsilla areolata</i> presenta metabolitos no identificados localizados en el borde del manto, similares a los descritos para<i>Dendrodoris</i> spp, así como en las branquias y en algunas vísceras. Del resto de especies analizadas, 7 presentan secreción ácida y 24 presentan otros compuestos de interés.<br/>Se ha revisado la bibliografía existente hasta la fecha sobre este tema, agrupando las sustancias según su estructura, origen, localización y función. Se ha realizado un catálogo de las sustancias presentes en opistobranquios del Mediterráneo Occidental y Atlántico próximo, según su origen y actividad. Asimismo se valora la contribución que estas moléculas hacen a la taxonomía del grupo.<br/><br/>Se discute el papel que las sustancias naturales desempeñan en la defensa de estos moluscos, así como se revisan los puntos de vista anteriores sobre el tema a la luz de los conocimientos actuales, y en relación a la coloración que estos animales exhiben. Se proponen varias clasificaciones para los tipos de defensa química en Opistobranquios. Para las defensas químicas obtenidas de la dieta se propone la denominación de cleptoquimiodefensas.<br/><br/>La existencia de coloraciones aposemáticas, círculos de mimetismo, automimetismo, polimorfismos, y otras consideraciones ecológicas como las relaciones depredador-presa, la simpatría, la coevolución, y las estrategias de la K y la r, se revisan y discuten en función de las aportaciones del estudio químico en cada caso. Del mismo modo, se modifican los grupos de Opistobranquios que se pueden establecer según su sistema defensivo.<br/><br/>Las estrategias defensivas en Doridáceos incluyen una gran variedad de mecanismos químicos que van desde la obtención de metabolitos de la presa, su acumulación y localización específica (<i>Hypselocioris</i> y <i>Chromodoris</i> spp), su posible transformación, etc., hasta la fabricación de moléculas mediante biosíntesis <i>(Doris verrucosa)</i>, incluyendo casos de vías biosintéticas multifuncionales (<i>Dendrodoris</i> spp), en las que los metabolitos pueden incluso hallarse en las puestas. Esta visión particular de lo que se observa en Doridáceos es seguramente aplicable a otros Opistobranquios.<br/><br/>Se concluye que este tipo de trabajos, utilizando metodología química con un enfoque ecológico, para resolver cuestiones biológicas, permite obtener resultados novedosos e interesantes que no podrían conseguirse sin un acercamiento pluridisciplinar.

<i>Opisthobranch molluscs have developed sophisticated mechanisms of defence, including chemical defence. These mechanisms allow them the reduction or even lost of their principal mechanical defence, their shell. The knowledge of the origin (dietary or biosynthetic), the location in the animal and the activity or function in the ecosystem of the natural products of Opisthobranch molluscs are the main objectives of this Doctoral Thesis. Sixteen species of Mediterranean and Atlantic Doridacea have been studied. Details on the structure, origin, location and function of their metabolites are described. Other unknown or few known characteristics of the species have been studied and described (such as detailed studies of the radula and mantle by SEM, or histological and cytological studies by light microscopy and TEM). Other 39 species have been preliminarily studied.<br/>Literature of this topic has been reviewed. A catalogue, with data of the origin and activity, of the substances from Opisthobranchs from Western Mediterranean and near Atlantic is presented. Furthermore, an evaluation of the contribution of natural products to the taxonomy of Opisthobranchs has been exposed. The role that natural products have in the defence of these molluscs have been discussed matching previous interpretations on these topic. A new classification of chemical defences in Opisthobranchs is given. The name cleptochemodefenses is proposed for chemical defences obtained from the diet.<br/><br/>The existence of aposematic colorations, mimicry circles, automimicry, polymorphism and other ecological considerations, such as prey-predator relationships, simpatry, coevolution and K- and r- strategies are revised and discussed on the light of the chemical approach for each case. The classification of Opislhobranchs, depending on their defensive system, is modified. Defensive strategies in Doridacea include a big variety of chemical mechanisms, going from acquisition of melabolites from diet, accumulation and specific location (Hypselocioris and Chromodoris spp), their transformation, etc., to the elaboration of molecules by de novo biosynthesis (Doris verrucosa), including cases of multifunctional biosynthetic pathways (Dendrodoris spp), in which metabolites can be found also in egg masses. This particular vision about Doridacea is useful also for other Opisthobranchs. </i>