Descubierto en algas marinas un mecanismo para afrontar el cambio climático

fitoplancton eucariota
Las diatomeas son uno de varios tipos principales de fitoplancton marino. Estos microorganismos que viven cerca de la superficie del océano y convierten el dióxido de carbono en carbono orgánico mediante la fotosíntesis.

Las algas han encontrado una manera de hacer frente a la falta de nutrientes

Uno de los componentes básicos de la vida oceánica puede adaptarse para hacer frente a los efectos del cambio climático, según una nueva investigación de la Universidad de East Anglia (UEA).

El descubrimiento encierra promesas para desarrollos biotecnológicos que podrían contrarrestar los efectos negativos de las cambiantes condiciones ambientales, como el calentamiento de los océanos e incluso la reducción de la productividad de los cultivos.

Al observar el fitoplancton eucariota, también conocido como microalgas, que se encuentra en grandes partes del océano, el equipo internacional dirigido por el profesor Thomas Mock de la UEA descubrió que las algas han encontrado una manera de hacer frente a la falta de nutrientes, que se prevé que aumente debido al calentamiento de las aguas.

Esta es una buena noticia para la cadena alimentaria: las microalgas marinas son la base de la red alimentaria más grande de la Tierra, que incluye krill, peces, pingüinos y ballenas, además de extraer CO2 de la atmósfera y producir oxígeno.

El profesor Mock dijo: "Para que las algas produzcan alimentos y eliminen el CO2 de la atmósfera, necesitan luz solar. El dilema, sin embargo, es que la maquinaria celular para utilizar la luz solar requiere mucho hierro. Sin embargo, el 35% de la superficie del océano no tiene suficiente hierro para sustentar el crecimiento de algas. En estas áreas, la productividad de las algas debería ser mucho más reducida, similar a los cultivos en tierras que carecen de fertilizantes ricos en hierro y nitrógeno, lo que significa que los cultivos no crecerán tan bien".

"El calentamiento global está aumentando la sequía en la tierra y lo mismo sucede en el océano: cuanto más caliente se vuelve el agua superficial, menores son los nutrientes en estas capas de agua superficial debido a la menor mezcla que generalmente agrega nutrientes de las profundidades del océano. Por lo tanto, se supone que las algas mueren de hambre y, por lo tanto, producen menos alimentos y absorben menos CO2 de la atmósfera".

El equipo de investigación descubrió que las algas han encontrado una manera de hacer frente a la falta de nutrientes, mediante la evolución de una maquinaria celular adicional que les permite utilizar la luz solar para crecer sin necesidad de hierro.

El Dr. Strauss continuó el proyecto de investigación mientras trabajaba como científico postdoctoral en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) en Hamburgo y GEOMAR, Centro Helmholtz de Investigación Oceánica en Kiel, Alemania.

El Dr. Strauss dijo: "Algunos grupos de microalgas pueden eludir la fotosíntesis utilizando una bomba de protones impulsada por luz para promover el crecimiento".

rodopsina en algas marinas

Imagen: Identificación y análisis in silico de Fragilariopsis cylindrus rodopsina 1 (Fc R1). Crédito: Nature Microbiology (2023). DOI: 10.1038/s41564-023-01498-5

En lugar de depender de proteínas fotosintéticas que requieren hierro (para generar ATP, la moneda energética de todas las células), las algas utilizan una proteína de membrana sensible a la luz que está relacionada con una de los ojos humanos: las rodopsinas. Estas proteínas no requieren hierro y un grupo específico de ellas bombea protones a través de las membranas, lo que permite la síntesis de ATP, que es una función principal de la fotosíntesis en todos los organismos fotosintéticos.

Durante el trabajo colaborativo, el Dr. Shiqiang Gao, que ahora está afiliado al Departamento de Neurofisiología de la Universidad de Wuerzburg, clonó estas rodopsinas de diatomeas. El Dr. Gao confirmó sus capacidades efectivas de bomba de protones, incluso a bajas temperaturas, utilizando métodos electrofisiológicos después de expresión heteróloga.

El profesor Mock dijo: "Esta simple maquinaria celular es la razón por la que todavía pueden prosperar en estos océanos superficiales pobres en nutrientes y, por lo tanto, también es probable que puedan hacer frente al calentamiento global ya que están precondicionados".

Potencialmente, el descubrimiento podría utilizarse para mejorar la productividad de los cultivos, que también requieren hierro para crecer, afirmó el profesor Mock.

"Esto es universal para todos los productores primarios. Esta maquinaria también se puede utilizar en biotecnología para mejorar la productividad de microbios que no pueden utilizar la luz, como la levadura. Podemos modificarlos para que puedan utilizar la luz para el crecimiento, lo cual es deseable en biotecnología, como la producción de insulina, antibióticos, enzimas, antivirales e incluso biocombustibles".

El trabajo del equipo es particularmente relevante para el Océano Austral, que es a la vez el ecosistema acuático limitado en hierro más grande y uno de los más productivos, y sustenta a las mayores poblaciones de consumidores de algas.

El profesor Mock dijo: "Ningún otro hábitat en la Tierra es más importante que nuestros océanos para la supervivencia de los humanos y la vida en general".

Thomas Mock, profesor de Microbiología Marina en la Facultad de Ciencias Ambientales de la UEA y su ex estudiante de doctorado, el Dr. Jan Strauss, son los autores correspondientes de "Plastid-localized xanthorhodopsin increases diatom biomass and ecosystem productivity in iron-limited surface ocean", que se publica en la revista Nature Microbiology.

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