Consumen los restos disueltos de otros microbios muertos
Uno de los organismos más pequeños y poderosos del planeta es una bacteria parecida a una planta conocida por los biólogos marinos como Prochlorococcus. El microbio teñido de verde mide menos de una micra de ancho, y sus poblaciones se esparcen a través de las capas superiores del océano, donde una sola cucharadita de agua de mar puede contener millones de pequeños organismos.
Prochlorococcus crece a través de la fotosíntesis, utilizando la luz solar para convertir el dióxido de carbono de la atmósfera en moléculas de carbono orgánico. El microbio es responsable del 5 por ciento de la actividad de fotosíntesis del mundo, y los científicos han asumido que la fotosíntesis es la estrategia de acceso del microbio para adquirir el carbono que necesita para crecer.
Pero un nuevo estudio del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) descubrió hoy que Prochlorococcus se basa más de lo que se pensaba anteriormente en otra estrategia de alimentación de carbono.
Los organismos que utilizan una combinación de estrategias para proporcionar carbono se conocen como mixótrofos. La mayoría del plancton marino son mixótrofos. Y aunque se sabe que Prochlorococcus incursiona ocasionalmente en la mixotrofia, los científicos han asumido que el microbio vive principalmente un estilo de vida fototrófico.
El nuevo estudio del MIT muestra que, de hecho, Prochlorococcus puede ser más mixótrofo de lo que parece. El microbio puede obtener hasta un tercio de su carbono a través de una segunda estrategia: consumir los restos disueltos de otros microbios muertos.
La nueva estimación puede tener implicaciones para los modelos climáticos, ya que el microbio es una importante fuerza en la captura y "fijación" del carbono en la atmósfera y el océano de la Tierra.
"Si deseamos predecir qué sucederá con la fijación de carbono en un clima diferente, o predecir dónde vivirá o no Prochlorococcus en el futuro, probablemente no lo haremos bien si nos falta un proceso que represente un tercio del suministro de carbono de la población", dice Mick Follows, profesor en el Departamento de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra (EAPS) del MIT y en su Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.
Plancton persistente
Desde que Prochlorococcus fue descubierto por primera vez en el mar de los Sargazos en 1986 por la profesora del Instituto MIT Sallie "Penny" Chisholm y otros, el microbio se ha observado en todos los océanos del mundo, habitando las capas superiores iluminadas por el sol que van desde la superficie hasta unos 160 metros. Dentro de este rango, los niveles de luz varían, y el microbio ha evolucionado de varias formas para fotosintetizar el carbono incluso en regiones con poca luz.
El organismo también ha desarrollado formas de consumir compuestos orgánicos, incluida la glucosa y ciertos aminoácidos, lo que podría ayudar al microbio a sobrevivir durante períodos limitados de tiempo en regiones oceánicas oscuras. Pero sobrevivir solo con compuestos orgánicos es un poco como solo comer comida basura, y hay evidencia de que Prochlorococcus morirá después de una semana en regiones donde la fotosíntesis no es una opción.
Y, sin embargo, investigadores como Daniel Sher de la Universidad de Haifa, coautor del nuevo estudio, han observado poblaciones sanas de Prochlorococcus que persisten en lo profundo de la zona iluminada por el sol, donde la intensidad de la luz debería ser demasiado baja para mantener una población. Esto sugiere que los microbios deben estar cambiando a un estilo de vida mixotrófico no fotosintético para consumir otras fuentes orgánicas de carbono.
"Parece que al menos algunos Prochlorococcus están utilizando el carbono orgánico existente de forma mixotrófica", dice Follows. "Eso estimuló la pregunta: ¿Cuánto?"
Imagen: Perfiles verticales de autótrofos y mixótrofos simulados en el modelo basado en individuos
Lo que la luz no puede explicar
En su nuevo artículo, Follows, Wu, Sher y sus colegas buscaron cuantificar la cantidad de carbono que consume Prochlorococcus a través de procesos distintos a la fotosíntesis.
El equipo analizó primero las medidas tomadas por el equipo de Sher, que anteriormente tomó muestras del océano a varias profundidades en el mar Mediterráneo y midió la concentración de fitoplancton, incluido Prochlorococcus, junto con la intensidad de luz asociada y la concentración de nitrógeno, un nutriente esencial que está abundantemente disponible en las capas más profundas del océano y que el plancton puede asimilar para producir proteínas.
Wu y Follows utilizaron estos datos e información similar del Océano Pacífico, junto con trabajos previos del laboratorio de Chisholm, que establecieron la tasa de fotosíntesis que Prochlorococcus podría llevar a cabo en una determinada intensidad de luz.
"Convertimos ese perfil de intensidad de la luz en una tasa de crecimiento potencial: qué tan rápido podría crecer la población de Prochlorococcus si estuviera adquiriendo todo su carbono mediante la fotosíntesis, y la luz es el factor limitante", explica Follows.
Luego, el equipo comparó esta tasa calculada con las tasas de crecimiento que otros equipos de investigación observaron previamente en el Océano Pacífico.
"Estos datos mostraron que, por debajo de cierta profundidad, hay mucho crecimiento que la fotosíntesis simplemente no puede explicar", dice Follows. "Algún otro proceso debe estar en funcionamiento para compensar la diferencia en el suministro de carbono".
Los investigadores dedujeron que, en regiones más profundas y oscuras del océano, las poblaciones de Prochlorococcus pueden sobrevivir y prosperar recurriendo a la mixotrofia, incluido el consumo de carbono orgánico de los detritos. Específicamente, el microbio puede estar realizando osmotrofia, un proceso por el cual un organismo absorbe de forma pasiva moléculas de carbono orgánico a través de la ósmosis.
A juzgar por la rapidez con la que se estima que crece el microbio por debajo de la zona iluminada por el sol, el equipo calcula que Prochlorococcus obtiene hasta un tercio de su dieta de carbono a través de estrategias mixotróficas.
"Es como pasar de un especialista a un estilo de vida generalista", dice Follows. "Si solo como pizza, entonces si estoy a 20 millas de una pizzería, estoy en problemas, mientras que si también como hamburguesas, podría ir al McDonald's cercano. La gente había pensado en Prochlorococcus como un especialista, donde hacen esta única cosa (fotosíntesis) realmente bien. Pero resulta que pueden tener un estilo de vida más generalista de lo que pensábamos anteriormente".
Chisholm, quien ha escrito tanto literal como figurativamente el libro sobre Prochlorococcus, dice que los hallazgos del grupo "amplían el rango de condiciones bajo las cuales sus poblaciones no solo pueden sobrevivir, sino también prosperar. Este estudio cambia la forma en que pensamos sobre el papel de Prochlorococcus en la red alimentaria microbiana".
El estudio se ha publicado en Nature Microbiology: Single-cell measurements and modelling reveal substantial organic carbon acquisition by Prochlorococcus
