Ocean Sentry
El océano está absorbiendo rápidamente dióxido de carbono emitido a la atmósfera debido a la quema de combustibles fósiles y otras actividades humanas, resultando en aguas más cálidas y ácidas.
Según un nuevo estudio, estas condiciones también pueden cambiar el comportamiento de diminutos organismos marinos esenciales para la salud del océano.
Científicos del Observatorio de la Tierra Lamont–Doherty y sus colegas hallaron que el aumento de los niveles de dióxido de carbono influye en la actividad de dos microbios (cianobacterias) que habitan en el océano, las prochlorococcus y las alteromonas, rompiendo su útil colaboración. Tales cambios en las interacciones entre especies pueden afectar a la estructura y función general de un ecosistema. El hallazgo es crucial para hacer predicciones más precisas sobre cómo el cambio climático alterará el océano.
“Es un avance que ayudará a los científicos a hacer un mejor trabajo de simulación del ecosistema marino del futuro,” dice Gwenn Hennon, científica de postdoctorado de Lamont-Doherty y autora principal del informe, publicado en la revista ISME.
El estudio se basa en un trabajo de 2015 conducido por Dutkiewicz et al. que concluyó que las enormes franjas del océano donde ahora domina la Prochlorococcus pueden cambiar dramáticamente debido a los elevados niveles de dióxido de carbono y la acidificación del océano. Los resultados de Hennon revelan una de las potenciales razones del porqué.
“Lo sorprendente del estudio de Gween es que es la primera vez que hemos podido demostrar mecánicamente cómo influyen niveles elevados de dióxido de carbono en la relación entre estos microbios,” dice Sonya Dyhrman, oceanógrafa de Lamont-Doherty y coautora del informe de Hennon. “Sabemos que Prochlorococcus necesita bacterias colaboradoras o auxiliares o sino no crece bien, pero ahora podemos ver cómo se rompe esta colaboración en condiciones futuras del océano.”
Prochlorococcus es el organismo fotosintético (cianobacterias) más pequeño y abundante del planeta: en una cucharadita de agua marina caben en torno a un millón de células. Aunque estos microbios son minúsculos, tienen una enorme importancia en el mantenimiento de la salud y productividad del océano global. Forman la base de la red alimentaria marina, sirviendo de importante fuente de alimento para organismos unicelulares ligeramente más grandes que son consumidos por especies en niveles tróficos más altos. También tiene un papel crucial en los ciclos biogeoquímicos del medio acuático, sobretodo los ciclos de carbono, ayudando a regular el clima de la Tierra al atrapar dióxido de carbono, moviéndolo a través de la red alimentaria y bajándolo hasta el océano profundo. Es capaz de prosperar en condiciones precarias de nutrientes que se dan en enormes regiones del océano abierto gracias a bacterias marinas heterótrofas del género Alteromonas, que se ocupan de ciertas actividades que Prochlorococcus no puede llevar a cabo por su cuenta.
Para comprender mejor la colaboración entre Prochlorococcus y Alteromonas, Hennon y sus colegas hicieron crecer juntos ambos microbios en el laboratorio en condiciones actuales de dióxido de carbono en la atmósfera, 400 partes por millón. Hallaron que los microbios coexistían de la misma manera que lo hacen en el nivel de la superficie del océano. Las Alteromonas permitían prosperar a Prochlorococcus saneando el exceso de peróxido de hidrógeno – un radical libre o molécula inestable que causa daño celular. Prochlorococcus carece del gen catalasa, una enzima que cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua, por lo que depende de bacterias como las Alteromonas para llevar a cabo este servicio.
Luego los investigadores usaron su próspera comunidad microbiana para examinar cómo interactuarían ambos organismos en un mundo con niveles de dióxido de carbono altos y océanos más ácidos. Cuando se hacía crecer Prochlorococcus y Alteromonas en un entorno de 800 partes por millón – el dióxido de carbono que se prevé en la atmósfera para 2100 – Prochlorococcus tenía una mayor tasa de mortalidad y parecía tener más radicales libres. Pero la sorpresa fue el comportamiento de las Alteromonas hacia Prochlorococcus.
“Con niveles más altos de dióxido de carbono, las Alteromonas no proporcionan el mismo nivel de servicios de ecosistema. Empieza a tener una relación más antagonista con Prochlorococcus,” dice Hennon.
Hennon y sus colegas supervisaron la expresión genética y otras actividades para examinar qué había cambiado para los microbios que habían crecido a 800 partes por millón. Hallaron que las Alteromonas rechazan su gen catalasa “colaborador” y, a la vez, aparece un gen que aumenta los radicales libres que lo rodean. Prochlorococcus es incapaz de deshacerse de la toxina. Hennon dice que las Alteromonas también pueden acelerar la muerte de Prochlorococcus avanzando hacia el organismo mientras éste empieza a morir para consumir sus partes que se están desintegrando.
Dyhrman dice que este comportamiento es preocupante.
“Si ninguna otra bacteria hace la función importante y útil de las Alteromonas, este cambio en la interacción podría tener un profundo efecto en el crecimiento, abundancia y actividades de Prochlorococcus en el océano del futuro,” dice. “Cuando hablamos de organismos que dominan el océano global, es un cambio importante para el ecosistema.”
“Este estudio es una llamada a la acción,” dice.
“Necesitamos incluir información como ésta en los modelos para comprender cómo el ciclo global de carbono, los ecosistemas marinos y las pesquerías podrían cambiar en el futuro. Si no lo hacemos, en el futuro seremos atacados por la espalda por estos cambios ecológicos.”
