Por Canuto  

Investigadores del MIT hallaron que Prochlorococcus, conocido por flotar libremente, también forma biopelículas y aparece adherido a partículas marinas. Esa vida pegajosa podría influir en el traslado de carbono hacia aguas profundas, aunque la estimación inicial del equipo sigue siendo muy aproximada.
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  • El estudio encontró formación de biopelículas en todas las cepas de Prochlorococcus que el equipo probó, y la adherencia pudo volverse reversible.
  • Las células adheridas liberaron casi el doble de carbono orgánico que las flotantes, crecieron más lentamente y produjeron más clorofila.
  • Los investigadores estiman que el microbio podría transportar cerca de 500.000 millones de toneladas métricas de carbono al año a aguas profundas, pero califican el cálculo como preliminar.

Un microbio conocido por flotar solo

Prochlorococcus es uno de los organismos fotosintéticos más pequeños y abundantes del océano, y durante décadas se lo describió como un microbio solitario que deriva libremente en aguas iluminadas por el sol. Su importancia va mucho más allá de su tamaño: según el MIT, este organismo representa cerca del 10% del carbono que la tierra y los océanos extraen de la atmósfera cada año. Un estudio del laboratorio de Sallie (Penny) Chisholm plantea ahora que esa imagen de vida exclusivamente planctónica deja fuera una parte importante de su comportamiento.

El equipo encontró que Prochlorococcus también puede adherirse a superficies y formar biopelículas, comunidades de células agrupadas en torno a una superficie o partícula. El descubrimiento, publicado en acceso abierto en Nature Communications, sugiere que las células pueden habitar dos entornos conectados: el agua abierta, donde flotan separadas de sus vecinas, y las partículas, donde encuentran condiciones físicas y químicas distintas. La diferencia importa porque esas partículas pueden hundirse y llevar material orgánico hacia zonas profundas del océano.

Maya Anjur-Dietrich, autora principal y becaria posdoctoral del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, explicó que una célula planctónica puede encontrarse en aguas pobres en nutrientes y muy lejos de otras células. Al adherirse a una partícula, en cambio, pasa a formar parte de un microambiente con propiedades propias. La investigación encontró señales de células adheridas desde la superficie iluminada hasta los 1.000 metros de profundidad, lo que apunta a que esta forma de vida no es solo una particularidad de los cultivos de laboratorio.

El hallazgo también vuelve a poner bajo análisis la relación de Prochlorococcus con la llamada bomba biológica del océano, el proceso mediante el cual parte del carbono de la superficie llega a aguas profundas y puede almacenarse allí. Como el microbio vive y muere rápidamente cerca de la superficie, se consideraba que contribuía poco a ese transporte. La posibilidad de que viaje unido a partículas que se hunden introduce una ruta adicional, aunque todavía falta establecer qué proporción de su población recorre ese camino y cuánto carbono llega efectivamente al fondo.

De la pared del tubo a una vida reversible

La pista surgió de observaciones que el laboratorio acumulaba desde hacía años: en cultivos antiguos aparecían grupos de células en el fondo de los tubos, y un estudio anterior había documentado la adhesión de algunas cepas a partículas de quitina. Anjur-Dietrich decidió examinar el fenómeno en distintos ecotipos, es decir, variedades de Prochlorococcus aisladas en diferentes regiones oceánicas. El equipo probó cepas de todas las ramas principales del árbol genealógico del organismo y detectó formación de biopelículas en todas las que evaluó.

En un cultivo habitual, alrededor del 6% de las células se adhería a las paredes del recipiente. Los investigadores luego trasladaron a un medio fresco únicamente las células que permanecían pegadas y repitieron el procedimiento durante generaciones; con esa selección, cerca del 85% de las células de esas poblaciones terminó adherido. El resultado mostró que la proporción podía cambiar de manera marcada bajo condiciones de laboratorio, pero no implicó que las células hubieran adquirido una nueva identidad genética.

Al comparar los genomas de las poblaciones adheridas y las flotantes, el equipo no encontró mutaciones que explicaran la diferencia. Las células compartían las mismas instrucciones genéticas y podían pasar de un estado a otro, lo que apunta a cambios en la expresión de los genes, es decir, en qué instrucciones se activan y cuándo. La tendencia a permanecer adheridas podía transmitirse de las células parentales a su descendencia, aunque, con el tiempo y la selección, las poblaciones también podían regresar a un estado mayormente planctónico.

La vida sobre una partícula también estuvo asociada con diferencias observables en el comportamiento celular. Las células adheridas produjeron más clorofila y crecieron más lentamente que las que flotaban libremente, pero liberaron casi el doble de carbono orgánico al agua circundante. Además, algunas se desprendieron de la biopelícula y continuaron formando poblaciones flotantes, una señal de que la adhesión no necesariamente constituye un destino permanente para una célula o sus descendientes.

Una posible ruta para el carbono, aún por medir

Para comprobar si la adhesión también ocurre en el océano, el equipo analizó ADN de muestras de agua de mar filtradas según el tamaño de las partículas y combinó sus datos con los del proyecto global Tara Oceans. Encontró Prochlorococcus asociado a partículas en cada muestra examinada. En las aguas iluminadas del sitio de investigación ALOHA, en Hawái, alrededor del 12% de la comunidad microbiana presente en las partículas correspondía a este organismo.

A partir de esos resultados, los investigadores estimaron que Prochlorococcus podría transportar cerca de 500.000 millones de toneladas métricas de carbono al año hacia aguas oceánicas más profundas si se adhiere a partículas que se hunden fuera de la zona iluminada. Anjur-Dietrich recalcó que se trata de un cálculo preliminar, dependiente de cuánto organismo hay en la superficie, qué fracción se pega a las partículas y cuánto de ese material se consume durante el descenso. Por eso, la cifra no debe leerse como una medición definitiva del carbono que alcanza el fondo marino.

La cautela es importante porque la mayor parte del carbono que fijan organismos como Prochlorococcus vuelve a circular cuando otros seres vivos lo consumen y lo descomponen mediante la digestión y la respiración. Una parte, sin embargo, puede hundirse hasta el lecho marino y permanecer almacenada durante cientos de años. Las estimaciones de ese almacenamiento dependen de supuestos sobre qué organismos se hunden y cómo se reciclan los nutrientes durante el trayecto, y el comportamiento de las células adheridas podría ayudar a precisar algunos de esos procesos.

El equipo ya trabaja en un estudio de seguimiento para estimar qué parte de la población total de Prochlorococcus está asociada a partículas y cómo cambia esa fracción entre cuencas oceánicas. Para ello, aprovecha tanto sus propios datos como información genética archivada. Anjur-Dietrich señaló que conocer mejor esa proporción permitiría mejorar las predicciones sobre cuánto carbono de este microbio queda secuestrado, pero los resultados descritos hasta ahora no resuelven aún esa pregunta.

Vecinos, partículas y preguntas abiertas

Otra línea de trabajo busca entender cómo afecta Prochlorococcus a los demás microorganismos que habitan una partícula. Las células adheridas siguen fotosintetizando y liberando carbono mientras permanecen en la zona iluminada, lo que podría proporcionar alimento a otros microbios. Anjur-Dietrich planteó como hipótesis que ese aporte podría facilitar la alimentación de organismos que, de otro modo, tendrían que descomponer directamente la partícula, por ejemplo una estructura de quitina.

Si ese carbono adicional ayuda a los microbios vecinos, las partículas que transportan Prochlorococcus podrían descomponerse más lentamente durante su descenso. Esa posibilidad todavía está bajo estudio: Anjur-Dietrich inició experimentos tempranos con partículas de quitina, Prochlorococcus y un microorganismo que consume quitina para poner a prueba la idea. La fuente no presenta esa hipótesis como un resultado confirmado, sino como una pregunta surgida a partir del descubrimiento de la adhesión.

La investigación fue realizada por integrantes del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, entre ellos Katelyn G. Jones, James I. Mullet, Nhi N. Vo, Kurt G. Castro y Sierra M. Parker, y se apoya en trabajos de los antiguos becarios posdoctorales Nikolai Radzinski y Gio Capovilla. El proyecto recibió financiación de la Fundación Simons y del Fondo Burroughs Wellcome. Chisholm, autora del estudio y profesora del instituto del MIT, dijo que el equipo llevaba tiempo sospechando que existía este comportamiento a partir de lo que observaba en sus cultivos.

El resultado no reemplaza la visión de Prochlorococcus como un organismo que flota en las aguas superficiales, sino que la amplía: las células pueden vivir libres, adherirse a comunidades y cambiar entre esos estados sin que el equipo haya identificado una mutación genética que explique el cambio. Si futuras mediciones confirman cuánto se adhiere en distintas regiones y qué ocurre con las partículas durante su hundimiento, los investigadores podrán evaluar mejor la contribución del microbio a los flujos de carbono oceánicos. Por ahora, el estudio abre una ruta de investigación, no una cifra cerrada sobre el secuestro de carbono.


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