updated 3:47 PM CET, Dec 7, 2016

Los secretos invisibles del mar

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tanque de mesocosmos

En un litro de agua de mar hay diez mil millones de virus y mil millones de bacterias

Cuando los seres humanos cambian la química del mar, le toca a los organismos muy pequeños limpiar después de nosotros. La pregunta es si pueden hacerlo frente.

Una vez creímos que el mar era interminable y no era afectado por la actividad humana. Eso fue antes de que nos diéramos cuenta de que, por ejemplo, el Mar Báltico está lleno de fertilizantes de la agricultura que se arrastran con las lluvias de invierno. O que todos los embalses retienen minerales de silicato de los ríos que de otro modo habrían desembocado en el mar, donde las diatomeas podrían haberlos utilizado para construir sus conchas. O que nuestras emisiones de CO2 son absorbidas por el mar y bajan el pH. O que los derrames de petróleo pueden poner en peligro tanto a peces como a aves marinas.

Pero, ¿qué consecuencias tienen estos cambios? Lo único que es cierto es que los organismos más pequeños sienten primero los cambios. Los microorganismos en las capas superiores procesan los nutrientes de las sales del agua, la luz y el carbono, creando la base para el resto de la vida en el mar.

La cadena de comida invisible

Frede Thingstad"He visto muchas propuestas para modificar genéticamente las bacterias y que puedan descomponer los derrames de petróleo. Desde el punto de vista ecológico tales propuestas no tienen sentido", dice el profesor Frede Thingstad, del Departamento de Biología de la Universidad de Bremen (UIB). "Las bacterias marinas pueden descomponer el petróleo. Pero para hacerlo, necesitan nitrógeno y fósforo. Esta limitación no se puede quitar por modificación genética. Si usted no puede entender la ecología, podría correr el riesgo de hacer un montón de cosas estúpidas".

Él es el jefe del grupo de investigación en microbiología marina en el Departamento de Biología de la UIB. Durante varias décadas, él y sus colegas han llevado a cabo investigaciones sobre la vida invisible en el mar, y su papel en la cadena alimentaria.

"Hay diez mil millones de virus en un litro de agua de mar. Mil millones de bacterias. Si cogiésemos el material de ADN que existe en un litro de agua de mar y lo extendiéramos hacia fuera en un hilo, tendría 2.000 kilómetros de largo", dice Thingstad. "Eso dice algo acerca de la complejidad de la microbiología del mar. Nuestra investigación tiene como objetivo tratar de entender cómo funciona este sistema".

Un acuario para las bacterias

Para este propósito, los investigadores utilizan los denominados experimentos de mesocosmos. Los mesocosmos son grandes depósitos de agua donde se puede capturar un poco del mar con toda la vida que existe allí y, a continuación, cambiar los factores ambientales seleccionados para ver cómo reaccionan los microorganismos. Durante tres semanas en junio de 2013, 16 investigadores llenaron esos tanques con agua de mar en la estación de investigación biológica marina de la UIB, en Espegrend, en la idílica costa sur de Bergen. Todos los días se tomaron muestras, contaron organismos, se examinó la clorofila y midió el ADN.

"Empezamos con los experimentos de mesocosmos en los años 1980, cuando era habitual llevar a cabo la investigación observacional. Uno sale y mira la naturaleza y mide y cuenta lo que existe allí. Pensamos que era demasiado complicado, no se puede entender el sistema de esa manera. Tuvimos que probar algo más simple. Y todavía lo estamos haciendo", explica Thingstad.

Varios cientos de investigadores internacionales, entre ellos varios programas marco de la UE, han utilizado el laboratorio de mesocosmos de la UIB. La investigación en el verano de 2013 fue parte de un proyecto más amplio del ERC, MINOS, que Thingstad dirige, y fueron añadidas a los tanques diversas combinaciones de azúcar, nitrógeno y copépodos, alimentando con copépodos a los microorganismos más grandes.

¿Quién come más?

"¿Has visto nuestro modelo de caja", pregunta el profesor Gunnar Bratbak, que trabaja con Thingstad en el grupo de investigación de la UIB para microbiología marina.

La pantalla de la computadora en su oficina en que se encuentra el modelo es la base de toda la investigación del grupo. Se representan en varios tamaños virus, bacterias, algas y animales invisibles. Flechas entrecruzadas indican quién se come a quién, y quién compite por los nutrientes. Trata de explicar Bratbak.

"Si se agrega carbono, por ejemplo, como en un derrame de petróleo, las bacterias van prosperar y van a comer una porción más grande de las sales nutrientes. Eso significa que habrá menos algas, porque hay menos comida que se deja para ellas".

Las colonias de microorganismos

equipo de MicroPolarJunto con el investigador Aud Larsen de la Uni Research, Bratbak lidera un proyecto apodado MicroPolar, donde se examinará cómo trabajan estas correlaciones en áreas del Océano Ártico. Eso implicará varias expediciones de investigación hasta el Océano Ártico, además de experimentos de mesocosmos en las instalaciones de Investigación del Ártico en Kings Bay en Ny-Ã…lesund, Svalbard, el asentamiento permanente más septentrional del mundo.

"Sabemos muy poco acerca de estas colonias de microorganismos en el Océano Ártico. Una parte del proyecto MicroPolar pretende simplemente ir allí y tomar muestras a lo largo de un ciclo de un año, caracterizar las colonias de bacterias, fitoplancton y las comunidades virales para saber lo que hay. Por otra parte, no sabemos muy bien cómo reacciona la cadena alimentaria cuando se apaga la luz en el invierno", dice antes de preguntar en voz alta. "¿Tal vez es más activa de lo que pensamos, tal vez las bacterias y los organismos que se alimentan de bacterias pueden vivir durante todo el invierno en carbono orgánico disuelto que las algas han producido en el verano?"

Aunque el grupo de investigación está interesado en comprender la totalidad del ecosistema microbiológico marino, tal vez están más interesados en los organismos más pequeños, los virus. El grupo fue uno de los primeros en publicar artículos sobre el papel de los virus en la cadena alimenticia del océano, y han seguido trabajando con los virus, así como nuevos métodos que han hecho más fácil investigarlos.

Virus inteligentes

La única manera de que un virus pueden reproducirse es para infectar un organismo huésped, por ejemplo una bacteria o un alga, y usas los procesos de la vida del huésped para difundir su material genético. Los virus pueden estar muy especializados, y a menudo infectar sólo uno o unos pocos tipos de organismos.

"Hay una carrera armamentista permanente entre los virus y las células huésped", dice la profesora Ruth-Anne Sandaa.

"Los virus pueden entrar y hacer caso omiso del organismo huésped para promover la producción de sus propios genes virales. Existen virus con genes para la fotosíntesis. Pero los virus no pueden realizar la fotosíntesis por sí mismos, así que ¿qué hacen con los genes? Lo que pensamos es que el alga anfitrión desactiva la fotosíntesis cuando es infectada por un virus, como un mecanismo de defensa", dice Sandaa. "Sin embargo, a continuación, el virus puede responder mediante el uso de sus propios genes de la fotosíntesis para encender de nuevo la actividad en el huésped, de modo que se produzcan más virus. Esta interacción entre el virus y los huéspedes es muy emocionante, porque puede parecer que todo es posible, y que sólo la imaginación pone límites".

Ella estudia colonias de virus en los mesocosmos en Espegrend como parte de MicroPolar. El método más importante para aprender algo acerca de los virus es el estudio de sus genes. El problema es que la mayoría de los virus son desconocidos, por lo que no es fácil saber lo que significa realmente el material de ADN que tienes frente a ti.

"Eso hace que sea difícil de clasificarlos. Pero tenemos que asignar sus genes para obtener información. Nosotros tratamos de comparar las muestras genéticas con otras muestras para ver si tienen algo en común o se parecen entre sí, o si podemos encontrar clavijas para colgar información. Poco a poco podemos empezar a decir algo acerca de la función que podrían tener los diferentes genes", dice Sandaa.

¿Hay alguna especie en la comunidad de acogida que desaparezca, mientras que se crean algunas especies en la comunidad de virus? ¿Existe alguna relación entre ellas? ¿Los virus tienen pocos o muchos genes, y qué es lo que infectan el intestino o las células huésped más grandes? Porque existen organismos en un número tan enorme, este tipo de investigación crea interminables cantidades de datos, y los desafíos están cada vez más sobre el análisis de los datos.

Una selva tropical en el océano

Desafortunadamente no hay una respuesta sencilla a lo que sucede a los microorganismos cuando cambia el ambiente en el que viven en el mar. En primer lugar las variaciones geográficas son grandes. La costa oeste de Noruega es el simil del océano a la selva: una enorme zona fértil y rica en especies, debido a las sales nutrientes y el agua dulce que se arrastran continuamente hacia los fiordos, y porque las capas de agua se mezclan por las corrientes y el viento. En comparación, el Mediterráneo es prácticamente un desierto.

"Eso no es porque está contaminado, pero debido a las corrientes que llevan el nitrógeno y el fósforo los procesos biogeoquímicos son tan fuertes que el Mediterráneo es muy oligotrófico. Por eso el agua es tan clara", dice Frede Thingstad.

revista HUBROUna pregunta importante es si las algas en el mar puede almacenar más de nuestras emisiones de CO2 que en la actualidad - sin ser comidas, ya que liberarían el CO2. Sin embargo, aumentar la producción de sólo una parte del ciclo no es fácil.

"Si las algas no se comen, pero se hunden hasta el fondo con el CO2, también va a tomar sales nutrientes con ellas fuera del sistema. A continuación, el proceso terminará tarde o temprano", dice Gunnar Bratbak.

Se han puesto en marcha una serie de proyectos para utilizar las algas para capturar CO2. Bratbak es escéptico.

"Si se emplean estas algas para la alimentación de los peces o de combustible, el CO2 sólo se liberaría de nuevo. La única forma de eliminarlo del sistema es enterrar las algas en un pantano para siempre", dice. "Además se necesitarían enormes áreas para producir tantas algas. Usar la biología para capturar CO2 para mí parece un poco inútil. La única solución es dejar de extraer petróleo".

Este artículo se publicó en la revista e investigación y educación de la UIB - Hubro international edition 2013/2014.

Créditos: Universitetet i Bergen