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Nuevas especies de fitoplancton marino tienen un simbionte que produce su 'fertilizante'

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diatomea Epithemia pelagica

Las nuevas diatomeas están relacionadas con especies que se encuentran en agua dulce

El descubrimiento de dos nuevas y raras especies de diatomeas (fitoplancton) en aguas hawaianas fue anunciado por un equipo de investigadores de la Universidad de Hawái en Manoa en el Centro de Oceanografía Microbiana: Investigación y Educación (C-MORE) del Departamento de Oceanografía, junto con colaboradores en la Universidad de California Santa Cruz y la Universidad Estatal de California en San Marcos.

También se descubrió que los organismos fijan nitrógeno, un proceso crítico que convierte el nitrógeno gaseoso en una forma que respalda la productividad en el océano abierto pobre en nutrientes en el que habitan.

Las diatomeas, con sus paredes celulares de intrincados patrones hechas de sílice vítreo, son algunos de los fitoplancton más conocidos y carismáticos. Les va mejor en condiciones ricas en nutrientes. En las aguas del océano abierto, pobres en nutrientes, alrededor de Hawái, las diatomeas luchan por adquirir suficiente nitrógeno para crecer.

Para solucionar este problema, algunas diatomeas han establecido relaciones simbióticas con cianobacterias fijadoras de nitrógeno. Estas cianobacterias endosimbióticas especiales pueden tomar gas nitrógeno disuelto, que es abundante en el agua de mar pero no accesible para las diatomeas, y convertirlo en amoníaco, una forma de nitrógeno que las diatomeas pueden usar fácilmente, pero que por lo demás es extremadamente escaso en el océano abierto. Al albergar las cianobacterias dentro de su paredes de vidrio, las diatomeas tienen sus propios generadores personales de nitrógeno. Se convierten en un sistema autofertilizante.

Revelando lo casi invisible

"Los oceanógrafos han sabido durante muchos años acerca de estas simbiosis de diatomeas y cianobacterias en aguas alrededor de Hawái, pero las especies que descubrimos son algo bastante diferente", dijo Christopher Schvarcz, investigador de C-MORE y autor principal del estudio.

Los ejemplos más conocidos de este tipo de simbiosis son muy fáciles de detectar bajo el microscopio, porque los anfitriones de diatomeas son grandes células "céntricas" con simetría radial, y las cianobacterias endosimbióticas que viven en su interior forman cadenas de células que emiten un brillo fluorescente de color amarillo anaranjado brillante cuando se iluminan con luz azul.

diatomea Epithemia al microscopio

Imagen: Caracterización de Epithemia marina y sus endosimbiontes

Las nuevas especies de diatomeas aisladas por Schvarcz son más pequeñas y pertenecen a un linaje diferente con una forma alargada con simetría bilateral. Sus simbiontes también son más pequeños, unicelulares y no brillan bajo la luz fluorescente porque no contienen clorofila, lo que los hace casi invisibles dentro de la diatomea. Esto probablemente explica por qué pasaron desapercibidos durante tanto tiempo.

Schvarcz descubrió la nueva especie agregando en el laboratorio muestras de agua de mar a un medio de cultivo pobre en nitrógeno, luego examinó cuidadosamente los cultivos bajo un microscopio durante un período de semanas y meses para ver qué tipo de fitoplancton crecería.

"Los resultados fueron una sorpresa", dijo Grieg Steward, profesor de la UH Manoa que trabajó con Schvarcz en el proyecto. "Las nuevas diatomeas están relacionadas con especies que se encuentran en agua dulce. No teníamos idea de que encontraríamos a sus primos prosperando en mar abierto. El trabajo de Chris es un importante recordatorio de cuánto se puede aprender con un poco de paciencia y cuidadosa observación".

Encontrar patrones inusuales

Otra sorpresa llegó cuando el equipo midió los patrones diarios de fijación de nitrógeno de los cultivos. Las especies que habían sido estudiadas previamente tienden a concentrar su actividad de fijación de nitrógeno durante el día o la noche, pero no en ambos.

"Con estas nuevas especies, encontramos un raro patrón híbrido", dijo Sam Wilson, investigador de C-MORE que dirigió el esfuerzo para medir las tasas de fijación de nitrógeno de los cultivos utilizando equipos hechos a la medida. "Estas células fijan nitrógeno comenzando en la oscuridad alrededor de la medianoche y continúan durante toda la mañana, la tarde y la noche. Luego toman un descanso de seis horas al atardecer. Todavía no sabemos por qué hacen esto, pero encontrar este extraño patrón es emocionante, porque significa que estamos a punto de aprender algo nuevo sobre un antiguo proceso".

Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications: Overlooked and widespread pennate diatom-diazotroph symbioses in the sea

Imagen de cabecera: Una de las nuevas especies de diatomeas, Epithemia pelagica. (Crédito de la foto: C. Schvarcz)

Etiquetas: SimbionteFitoplanctonFertilizante

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