"Ecología de la resurrección", despiertan del letargo a algas viables de nueve muestras de sedimentos
Un equipo de investigación dirigido por el Instituto Leibniz para la Investigación del Mar Báltico de Warnemünde (IOW) logró revivir etapas latentes de algas que se hundieron en el fondo del Mar Báltico hace casi 7.000 años. A pesar de miles de años de inactividad en el sedimento sin luz ni oxígeno, las especies de diatomeas investigadas recuperaron su plena viabilidad.
El estudio se llevó a cabo como parte de un proyecto de investigación colaborativo PHYTOARK, que tiene como objetivo comprender mejor el futuro del Mar Báltico mediante investigaciones paleoecológicas del pasado del Mar Báltico.
Muchos organismos, desde bacterias hasta mamíferos, pueden entrar en una especie de "modo de sueño", conocido como latencia, para sobrevivir períodos de condiciones ambientales desfavorables.
Pasan a un estado de reducida actividad metabólica y a menudo forman fases de latencia especiales con robustas estructuras protectoras y reservas de energía almacenadas internamente. Esto también se aplica al fitoplancton, plantas microscópicas que viven en el agua y realizan la fotosíntesis. Sus etapas latentes se hunden hasta el fondo de los cuerpos de agua, donde con el tiempo quedan cubiertas por sedimentos y se conservan en condiciones anóxicas.
"Estos depósitos son como una cápsula del tiempo que contiene valiosa información sobre los ecosistemas pasados y las comunidades biológicas que los habitaban, su desarrollo poblacional y sus cambios genéticos", explica Sarah Bolius.
La experta en fitoplancton del IOW es la primera autora del estudio, en el que se analizaron núcleos de sedimentos del mar Báltico específicamente para detectar células latentes de fitoplancton viables del pasado.
"Este enfoque se denomina, de forma bastante inusual, "ecología de la resurrección": las etapas latentes, que pueden asignarse claramente a períodos específicos de la historia del mar Báltico gracias a la clara estratificación de sus sedimentos, se revitalizan en condiciones favorables. Posteriormente, se caracterizan genética y fisiológicamente y se comparan con las poblaciones actuales de fitoplancton", continúa Bolius.
Mediante el análisis de otros componentes del sedimento, los llamados proxies, también será posible sacar conclusiones sobre las pasadas condiciones de salinidad, oxígeno y temperatura.
"Al combinar toda esta información, pretendemos comprender mejor cómo y por qué el fitoplancton del mar Báltico se ha adaptado genética y funcionalmente a los cambios ambientales", explica la investigadora.
Imagen: Ubicación del muestreo de sedimentos y fotografías de la especie resucitada S. marinoi. (A) Mapa del mar Báltico (norte de Europa) con la ubicación del muestreo de núcleos de sedimentos (EMB262/6; 240 m de profundidad) en la cuenca oriental de Gotland (triángulo). (B) Imágenes de diferentes cepas de S. marinoi teñidas con Lugol.
Genes antiguos, funciones estables
El equipo dirigido por Bolius, que incluía expertos del IOW, así como investigadores de las universidades de Rostock y Constanza, examinó núcleos de sedimentos extraídos en 2021 a 240 metros de profundidad en el abismo oriental de Gotland durante una expedición con el buque de investigación Elisabeth Mann Borgese.
En condiciones favorables de nutrientes y luz, se logró despertar del letargo a algas viables de nueve muestras de sedimentos y se aislaron cepas individuales. Las muestras fueron tomadas de diferentes capas de sedimentos que representan un lapso de tiempo de alrededor de 7.000 años y, por tanto, las principales fases climáticas del Mar Báltico.
La diatomea Skeletonema marinoi fue la única especie de fitoplancton que se recuperó en todas las muestras. Es muy común en el mar Báltico y suele aparecer durante la floración primaveral. La muestra más antigua con células viables de esta especie data de 6.871 ± 140 años.
"Es notable que las algas resucitadas no solo hayan sobrevivido sin problemas, sino que aparentemente no hayan perdido nada de su aptitud, es decir, su capacidad biológica. Crecen, se dividen y realizan la fotosíntesis como sus descendientes modernos", enfatiza Bolius.
Esto también se aplica a las células de la capa de sedimento de aproximadamente 7.000 años de antigüedad, que demostraron ser estables durante el cultivo con una tasa de crecimiento promedio de alrededor de 0,31 divisiones celulares por día, un valor similar a las tasas de crecimiento de las cepas modernas de S. marinoi, dice Bolius.
La medición del rendimiento fotosintético también mostró que incluso los aislados de algas más antiguos aún pueden producir oxígeno activamente, con valores promedio de 184 micromoles de oxígeno por miligramo de clorofila por hora. "Se trata también de valores comparables a los de los actuales representantes de esta especie", afirma Bolius.
Los investigadores también analizaron los perfiles genéticos de las algas resucitadas mediante análisis de microsatélites, un método que compara segmentos cortos de ADN. El resultado: Las muestras de capas de sedimentos de diferentes edades formaron distintivos grupos genéticos.
En primer lugar, esto descartó la posibilidad de contaminación cruzada durante el cultivo de cepas de capas de sedimentos de diferentes edades. En segundo lugar, demuestra que las sucesivas poblaciones de S. marinoi en el mar Báltico han cambiado genéticamente a lo largo de los milenios.
La latencia como estrategia de supervivencia y base de una fascinante herramienta de investigación
El fenómeno de que los organismos sobrevivan en latencia durante largos periodos de tiempo y, por lo tanto, puedan recolonizar hábitats en condiciones adecuadas también se conoce a partir de otros estudios, por ejemplo, en el caso de las semillas de plantas o pequeños crustáceos, algunos de los cuales se mantienen viables durante varios siglos, incluso milenios.
Sin embargo, rara vez se ha documentado la resurrección exitosa de una etapa latente después de tanto tiempo, como en el caso de S. marinoi. Con alrededor de 7.000 años de antigüedad, las diminutas células de esta diatomea se encuentran entre los organismos más antiguos que han logrado recuperarse de un estado latente intacto. A partir de sedimentos acuáticos, no se conocen casos similares más antiguos hasta la fecha.
"El hecho de que hayamos logrado reactivar con éxito de su letargo algas tan antiguas es un primer paso importante en el desarrollo de la herramienta 'Ecología de Resurrección' en el Mar Báltico. Esto significa que ahora es posible realizar experimentos de salto temporal en el laboratorio a través de diversas etapas del desarrollo del Mar Báltico", afirma Bolius.
Por lo tanto, en el futuro las cepas de algas recuperadas se seguirán probando en diferentes condiciones.
"Nuestro estudio también demuestra que podemos rastrear directamente los cambios genéticos a lo largo de muchos milenios, analizando células vivas en lugar de solo fósiles o rastros de ADN", concluye Bolius.
Se espera que nuevos análisis genéticos de las cepas de algas reactivadas contribuyan a una mejor comprensión de las causas de estos cambios genéticos.
El estudio se ha publicado en The ISME Journal: Resurrection of a diatom after 7000 years from anoxic Baltic Sea sediment
