La comunidad bacteriana del fondo marino no se comporta como se esperaba
A pesar de la pronunciada estacionalidad en su hábitat, la comunidad bacteriana en los sedimentos árticos es taxonómica y funcionalmente muy estable.
Investigadores de Bremen, Alemania, estudiaron la composición y función de las bacterias en el lecho marino frente a Svalbard, durante períodos alternos de noche polar y sol de medianoche. Para ello, desarrollaron especialmente un dispositivo de muestreo, la Ellrott grab (pinza Ellrott).
A diferencia de las comunidades bacterianas del agua que se encuentra encima, las bacterias del sedimento apenas cambian con las estaciones. Probablemente esto se deba a que en el fondo marino se encuentran disponibles durante todo el año algunos alimentos difíciles de digerir.
El Ártico es frío y hostil a la vida, pero alberga una gran cantidad de microorganismos cuya actividad tiene un significativo impacto en la vida en nuestro planeta. Por ejemplo, las bacterias del fondo marino desempeñan un papel central en el procesamiento de la biomasa de organismos muertos, transformando así el carbono contenido en sustancias difíciles de degradar que pueden permanecer almacenadas durante mucho tiempo.
Además del frío, la inusual estacionalidad es una característica sorprendente de los hábitats polares: el día y la noche no se alternan cada doce horas, sino que todo el año fluctúa entre el sol de medianoche y la noche polar. Esto tiene un impacto enorme en la producción primaria local, que depende de la luz solar.
En verano, diminutas algas prosperan en el agua del mar y también florece la vida en la tierra. En invierno, la producción primaria se paraliza en gran medida. Se han realizado pocas investigaciones sobre hasta qué punto influyen las fuertes fluctuaciones resultantes en el aporte de materia orgánica en las bacterias del fondo marino.
Para abordar esta brecha de conocimiento, un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania, visitó el archipiélago de Svalbard en diferentes épocas del año para investigar la comunidad local de sedimentos bacterianos.
Imagen: Diagrama de la pinza de Ellrott
Las enzimas cambian más que las bacterias
Sorprendentemente, la comunidad bacteriana del fondo marino no se comporta como se esperaba teniendo en cuenta las condiciones ambientales. "Aunque el aporte de materia orgánica y su tasa de renovación varían mucho a lo largo del año, la composición de la comunidad bacteriana apenas cambia a primera vista", informa la investigadora principal Katrin Knittel.
Por tanto, las bacterias del fondo marino se comportan de forma muy diferente a las del agua, donde muchas de ellas presentan una marcada estacionalidad. "Las comunidades de bacterias bentónicas, es decir, las del fondo marino, son muy complejas. Eso es lo que las hace tan estables y robustas, y nos resulta muy difícil investigar su dinámica", añade Knittel.
Para comprender mejor este inesperado comportamiento, Knittel y su equipo del Instituto Max Planck de Bremen han investigado la llamada diversidad funcional de las bacterias. ¿Cuánto cambia la actividad de las bacterias en el fondo del mar entre el sol de medianoche y la noche polar?
Para averiguarlo, analizaron qué genes poseen las bacterias para descomponer los azúcares de las algas y en qué medida los utilizan. "Si bien la composición de la comunidad bacteriana apenas difiere entre las estaciones, hemos descubierto que la expresión genética de las enzimas que degradan los carbohidratos cambia entre el invierno y la primavera", explica el primer autor, Sebastian Miksch, quien participó en el proyecto como parte de su tesis doctoral.
En invierno predominan las enzimas que descomponen los a-glucanos (p. ej., glucógeno). Los a-glucanos son compuestos de almacenamiento intracelular de bacterias, animales y hongos heterótrofos. También están disponibles durante el resto del año, pero en ese momento son menos importantes. En primavera, sin embargo, hay más enzimas que descomponen los b-glucanos, como la laminarina, un componente de las algas. Además, hay tantos b-glucanos que algunos de ellos pueden reservarse como almacenamiento para más adelante durante el año.
"Estas enzimas reflejan qué componentes de las algas, especialmente los azúcares de las algas, están disponibles para las bacterias en las diferentes estaciones", explica Knittel. "Aquí no es tan diferente ir al mercado de agricultores: aunque hay muchas frutas y verduras frescas diferentes disponibles durante la temporada soleada, en algún momento durante el invierno lo único que queda son las patatas almacenadas".
De este modo, las bacterias del fondo marino pueden utilizar material fresco que se hunde desde la columna de agua, especialmente en primavera y verano, como la ya mencionada laminarina. Sin embargo, también pueden consumir material que ya está presente en el fondo marino o se produce allí. Esto incluye delicias sabrosas como la mucina, pero también trozos duros como la quitina. Las bacterias los mordisquean durante todo el año. Esta fuente de alimento es particularmente importante en invierno, cuando otros insumos escasean. Su disponibilidad a largo plazo estabiliza la comunidad bacteriana en el fondo marino.
"Estos hallazgos ocurren a escalas muy pequeñas, pero son importantes en un contexto más amplio: cuando las bacterias consumen los azúcares de las algas, liberan dióxido de carbono. Y el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero muy importante", señala Knittel. Así, los diminutos habitantes del océano pueden influir en los procesos globales.
Imagen derecha: La pinza Ellrott especialmente desarrollada es pequeña y ligera y también puede manejarse fácilmente a bordo de barcos pequeños, como el MS Farm. Chyrene Moncada recupera el dispositivo. Crédito: K. Knittel/Instituto Max Planck de Microbiología Marina
Pequeña, ligera y práctica: la pinza Ellrott
En general, la comunidad bacteriana en el fondo marino del Ártico es sorprendentemente uniforme a lo largo de las estaciones. A pesar de la fuerte estacionalidad, la comunidad está presente y activa en ambas estaciones. Sin embargo, no fue sólo la dinámica interna lo que dificultó al equipo de Knittel estudiar las bacterias en el fondo marino de Spitsbergen. También es un desafío metodológico.
"Es muy difícil obtener muestras intactas del fondo marino y del agua intersticial contenida entre los granos de arena", explica la estudiante de doctorado Chyrene Moncada, que también participa en el proyecto. "Por eso desarrollamos nuestro propio dispositivo: la pinza Ellrott". Este dispositivo de muestreo, presentado en un artículo de la revista Limnology and Oceanography: Methods y que lleva el nombre de su desarrollador y coautor Andreas Ellrott, permite tomar muestras de sedimentos de sedimentos arenosos sin alterarlos.
La pinza es tan pequeña y liviana que es perfecta para usar en pequeños buques de investigación. "Andreas es un ingeniero brillante y diseñó y construyó la pinza desde cero, fabricando él mismo muchos de los componentes en una impresora 3D", dice Moncada. "Hasta la fecha, ya hemos recolectado más de 100 muestras de sedimentos del Mar de Wadden y los fiordos de Svalbard con la pinza Ellrott, y planeamos recolectar muchas más".
Referencias:
• Taxonomic and functional stability overrules seasonality in polar benthic microbiomes, The ISME Journal (2024)
• The Ellrott grab: A small, lightweight sediment sampler for collecting undisturbed sandy sediments, Limnology and Oceanography: Methods (2024)
