El fitoplancton marino se las arregla con un poco de ayuda de sus amigas bacterias

fitoplancton marino

Las bacterias facilitan la fijación de nitrógeno

Un fitoplancton casi tan antiguo como la Tierra (alrededor de 3.000 millones de años en comparación con los 4.500 millones de años del planeta) todavía guarda secretos, incluido cómo puede sobrevivir al hambre en los océanos más deficientes en nutrientes. Synechococcus es la más diversa geográficamente de las tres especies de fitoplancton, contribuye a una cuarta parte de la producción primaria de los océanos y aparece tanto en las frías aguas polares como en los cálidos mares tropicales.

Ahora, investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT), Academia de Ciencias de China (CAS), pueden haber descubierto a quién agradecer la existencia persistente del fitoplancton: las bacterias heterótrofas.

En una serie de experimentos de varios años, el equipo descubrió que Synechococcus y las bacterias que se alimentan de ellos pueden tener una tendencia inherente hacia el mutualismo y sufrirán cambios significativos para fomentar la supervivencia de los demás. El alga marina Synechococcus y su comunidad bacteriana heterótrofa asociada tienen una relación inseparablemente estrecha.

Estudios previos incluyen uno en el que el fitoplancton y su comunidad bacteriana prosperaron durante más de dos años sin ningún apoyo externo de nutrientes. Según el profesor Zhang Yongyu de QIBEBT, estos resultados sugieren interacciones microbianas que pueden sostener el crecimiento de Synechococcus a largo plazo, pero solo en circunstancias experimentales controladas y consistentes.

Sin embargo, a diferencia de los sistemas de cultivo de laboratorio, el océano no es estático y experimenta cambios en los factores ambientales, incluidos los nutrientes. "Este estudio se llevó a cabo para comprender cómo los cambios en los factores ambientales, como la disponibilidad de nutrientes externos, influirán en la relación mutualista entre Synechococcus y la comunidad de bacterias heterótrofas", dijo el co-autor, profesor Zhang.

Imitando el cambio en el entorno marino, los investigadores suministraron nutrientes inorgánicos estériles al co-cultivo mutualista establecido de Synechococcus y una comunidad bacteriana diversa de su estudio anterior. La relación estable y mutuamente beneficiosa de dos años se torció pero no se rompió.

salud del Synechococcus

Imagen: Recuperación de la salud Synechococcus y restablecimiento del mutualismo bacteriano Synechococcus-heterótrofo. (Imagen de ZHANG Zenghu)

"Nuestros hallazgos sugieren que la disponibilidad de fuentes externas de nutrientes interrumpe el mutualismo establecido, lo que lleva al colapso de la salud de Synechococcus", dijo el coautor principal Shailesh Nair, investigador postdoctoral en QIBEBT.

"Sin embargo, una vez que se agotaron los nutrientes externos, durante los siguientes 450 días, Synechococcus y las bacterias heterótrofas restablecieron gradualmente su mutualismo metabólico bajo una coexistencia a largo plazo que revivió la salud de Synechococcus".

A través del análisis genético y el seguimiento del nitrógeno en el sistema, los investigadores determinaron que la bacteria facilitó la fijación de nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno para su uso en la flotación del fitoplancton, lo que desencadenó el restablecimiento del mutualismo.

"Durante el proceso, la estructura y las funciones de la comunidad bacteriana sufrieron tremendos ajustes para lograr el efecto impulsor, y la cogeneración de nitrógeno, fósforo, hierro y vitamina B12 de la bacteria sostuvo el crecimiento saludable prolongado de Synechococcus", dijo el coautor principal Zhang Zenghu, profesor asociado de la QIBEBT.

Estos hallazgos sugieren que Synechococcus y las bacterias heterótrofas pueden tener una tendencia inherente hacia el mutualismo, que puede restablecerse después de la interferencia ambiental. Este rasgo natural y recurrente de Synechococcus y las bacterias heterótrofas puede exhibir sus adaptaciones co-evolutivas en ambientes deficientes en nutrientes para sobrevivir.

Si bien los investigadores dijeron que creen que este estudio respondió la pregunta de larga data sobre la tenacidad de Synechococcus, ahora tienen varias preguntas más que planean responder.

"¿Esta relación mutualista inherente se aplica también a otras algas?", se pregunta Zhang Yongyu. "¿Podemos impulsar el crecimiento de las algas mediante la construcción artificial de comunidades microbianas amigables con las algas? La potencial regulación de las interacciones algas-bacterias puede ofrecer una novedosa forma de aumentar el secuestro de carbono marino impulsado por las algas".

Los hallazgos fueron publicados el 30 de septiembre en Science Advances: Inherent tendency of Synechococcus and heterotrophic bacteria for mutualism on long-term coexistence despite environmental interference

Etiquetas: FitoplanctonBacteriaMutualismo

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