Crisis climáticaLos microorganismos del océano alertan sobre la salud de los mares

Naciones Unidas ha declarado el decenio de 2021 a 2030 como la Década de las Ciencias Oceánicas para el Desarrollo Sostenible, para movilizar esfuerzos que reviertan el impacto humano en la salud de los océanos del mundo. Para ello, señalan como requisito fundamental el trabajo de los científicos y los datos que puedan proporcionar sobre las condiciones oceánicas globales. 

Gracias a la expedición internacional e interdisciplinar Tara Oceans, se han recolectado 35.000 muestras biológicas de todos los océanos del mundo entre 2009 y 2013. A bordo de un velero llamado Tara, los investigadores recogieron estos microorganismos en profundidades hasta de 1.000 metros. 

Dos de estos trabajos se han publicado esta semana en la revista Cell y se centran en analizar la diversidad de plancton, los organismos microscópicos y las corrientes oceánicas de todo el planeta, que son clave para el bienestar de nuestros océanos. 

Analizar la diversidad de plancton, los organismos microscópicos y las corrientes oceánicas es clave para el bienestar de nuestros océanos

El primer trabajo se centró en el estudio de la diversidad del plancton en los océanos de la Tierra, mientras que el segundo evaluó la expresión génica entre las comunidades microbianas, como una forma de predecir cómo podrían adaptarse a condiciones ambientales cambiantes.

"El estudio de metagenomas –estudio de material genético obtenido directamente de muestras ambientales– ha sido y sigue siendo una herramienta muy poderosa para describir la composición de las comunidades microbianas", declara a Sinc el investigador español Guillem Salazar Guiral, autor principal del segundo estudio y científico de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza). 

Hasta ahora se habían utilizado estos microorganismos para responder a la pregunta de qué son capaces de hacer estos seres vivos microscópicos que habitan el océano, desde el punto de vista metabólico. "Ahora, en este trabajo, nos planteamos ir un paso más allá y tratamos de abordar no solo cuáles son sus capacidades metabólicas, sino cuales de ellas son usadas, es decir, qué hacen y no solo qué son capaces de hacer", añade el científico.

Años de estudio a bordo de un velero

La vinculación de Salazar Guiral con la expedición Tara Oceans se remonta a 2012, durante el desarrollo de su tesis doctoral en el Instituto de Ciencias del Mar (CSIC) de Barcelona, cuando se embarcó en el velero como uno de los encargados de la toma de muestras en el trayecto Bermudas-Azores, uno de los numerosos que se han llevado a cabo en los principales océanos del planeta. 

Más recientemente, el grupo del ETH-Zurich –en el que trabaja actualmente y que está dirigido por el profesor Shinichi Sunagawa–, ha liderado los análisis de los datos que hacen posible el trabajo que se publica en Cell.

"El estudio que hoy hacemos accesible a la comunidad científica proviene de muestras marinas tomadas en los principales océanos del planeta, desde los 64º S hasta los 80º N de latitud, con especial énfasis en el muestreo del océano Ártico, un ecosistema relativamente desconocido y que está especialmente afectado por el calentamiento global, en comparación con el resto de los océanos", argumenta el investigador. 

Cómo responden a la crisis climática

Su trabajo se basó en examinar los metatranscriptomas –conjunto de todas las moléculas de ARN en una célula–, lo que les dio acceso a los genes que realmente estaban siendo expresados, es decir, usados por las células. 

"Mediante la combinación de ambos, metagenomas y metatranscriptomas, nuestro objetivo es aprender si la adaptación al ambiente de estas comunidades se da mediante la regulación de la expresión de sus genes o mediante el recambio de estas comunidades, es decir, la sustitución de unas especies por otras", explica Salazar Guiral.  

Uno de sus objetivos era saber si las comunidades microbianas se ajustan a las variaciones ambientales y de temperatura

Uno de sus objetivos era saber si las comunidades microbianas se ajustan a las variaciones ambientales y de temperatura con cambios en su composición, o con cambios en los patrones de expresión génica dentro de estas comunidades. 

"Encontramos que las diferencias en las comunidades polares están dominadas por cambios en la composición del organismo, mientras que en las aguas no polares, las diferencias estaban dominadas por los cambios en la expresión de genes", apunta Shinichi Sunagawa, coautor del estudio en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich. Su equipo también se sorprendió al encontrar evidencia de una bacteria fijadora de nitrógeno en aguas árticas profundas. 

Una limitación de los datos de la expedición de Tara Oceans es que las muestras fueron recolectadas en un período de tiempo relativamente corto, menos de cuatro años. Esto hace que sea difícil observar tendencias cuantificables en los océanos actuales relacionadas con la crisis climática. Los investigadores dicen que se necesitan estudios a más largo plazo, para dar cuenta de los cambios en factores como la acidificación, la desoxigenación y la contaminación. 

"Entender cómo los microorganismos del océano responden a las variaciones del ambiente en la actualidad es necesario si en un futuro queremos ser capaces de predecir cuál va a ser su respuesta al cambio climático", concluye Salazar Guiral.

Diversidad de plancton en diferentes latitudes

El estudio sobre el plancton determinó que la gran mayoría de los grupos planctónicos, desde virus gigantes hasta pequeños animales, siguen un gradiente de diversidad a lo largo de las latitudes, con el nivel más bajo de diversidad en los polos. 

Un aspecto innovador de este estudio fue que combinó técnicas de imagen y basadas en ADN para evaluar la diversidad de plancton

"Todo en el océano está conectado, lo que significa que tiene el potencial de moverse. Esto hace que sea importante reunir todo a escala global. Hacer un análisis profundo también nos permite capturar los organismos raros en la biosfera, además de los que son más abundantes", señala Chris Bowler, científico del Centro Nacional de Investigaciones Científicas (Francia) y del Institut de Biologie de l'Ecole Normale Superieure en París y autor principal del estudio de plancton. 

El trabajo se centró en el plancton porque es uno de los principales contribuyentes a los ecosistemas marinos en términos de biomasa, abundancia y diversidad. Todos los tipos de vida tienen representantes en el plancton: bacterias, arqueas, protistas, animales y plantas, así como virus. Pero la gran mayoría de esta diversidad es invisible a simple vista. 

Un aspecto innovador de este estudio fue que combinó técnicas de imagen y basadas en ADN para evaluar la diversidad de plancton. "Sabemos mucho sobre cómo procesar información de secuencias de ADN. Pero las imágenes son mucho más complicadas. Observamos muchas morfologías y comportamientos diferentes de estos organismos. Hay muchos nuevos e interacciones desconocidas entre ellas aún por descubrir", recalca Bowler.