updated 8:44 PM CEST, Jul 26, 2017

Las diatomeas tienen sexo después de todo, y el amonio las pone en estado de ánimo

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Thalassiosira pseudonana, detalle

Las diatomeas son increíbles, sus frústulas de sílice son hermosas y exquisitas

Una nueva investigación muestra que una especie de diatomeas, algas de una sola célula, que se creía que era asexual se reproduce sexualmente, y los científicos descubrieron que es un compuesto común - amonio - el que pone al omnipresente organismo en estado de ánimo.

Los hallazgos, publicados el 7 de julio en PLOS One, pueden ser un paso clave hacia una mayor comprensión de la evolución del comportamiento sexual y también tienen importantes implicaciones en biotecnología.

"Nuestros descubrimientos resuelven dos misterios que han atormentado a los investigadores de diatomeas durante mucho tiempo", dijo la autora, Kimberly Halsey, una microbióloga de la Oregon State University. "Sí, tienen sexo, y sí, podemos hacer que lo hagan".

Las diatomeas tienen un gran potencial como fuente de bioenergía y también para biodetección. Además, sus complejas paredes celulares de sílice ofrecen prometedoras aplicaciones nanotecnológicas para químicos de materiales e investigadores de fármacos.

Hay más de 200.000 especies de diatomeas, y los organismos son tan abundantes que se encuentran en el agua en casi todas partes, formando enormes floraciones en la primavera y el otoño que ayudan a impulsar el ciclo del carbono marino.

ciclo de vida de las diatomeas céntricas

"Las diatomeas son increíbles, sus frústulas de sílice son hermosas y exquisitas", dijo Halsey. "Ahora que podemos controlar su vía sexual, nos debe abrir la puerta a ser capaces de hacer cruces entre diferentes diatomeas con características diferentes. Debemos ser capaces de criarlas como lo hacemos con maíz, arroz o fresas para seleccionar los rasgos que son realmente deseables".

Halsey y sus colaboradores en botánica y estadística de los colegios de Ciencias y Ciencias Agrícolas de la OSU estudiaron la especie "céntrica" de diatomea, Thalassiosira pseudonana, un organismo modelo para los investigadores. Es una de dos diatomeas, siendo la otra la diatomea "pennada", Phaeodactulum tricornutum, de las que se ha secuenciado su genoma.

Las diatomeas céntricas son simétricas radialmente - piensa en ellas como en forma de una lata de sopa, dice Halsey - y las diatomeas pennadas son simétricas bilateralmente: alargadas a la manera de una vaina de guisante.

"Todo el mundo dijo que la Thalassiosira pseudonana era asexual, porque nunca habían visto nada más", dijo Halsey. "El pensamiento general es que perdió la capacidad o la necesidad de pasar por el sexo".

evidencia de miosis en una diatomea

Otros científicos, señala Halsey, habían mostrado que la T. pseudonana conservaba los genes necesarios para la meiosis, un tipo de replicación genética específica de la reproducción sexual, y concluyeron que la diatomea no estaba usando esos genes.

"Pero empezamos a ver morfologías muy diferentes", dice Halsey, cambios en la estructura celular, en este caso relacionados con la actividad sexual. "También vimos genes expresados que están involucrados en estructuras flagelares y ensamblaje, lo cual sólo ocurriría con las células espermáticas".

El estudiante de postgrado Eric Moore, autor principal de la investigación, se sorprendió al saber que "estos organismos unicelulares pueden diferenciarse en células masculinas y femeninas, cambiando completamente sus morfologías".

"De hecho, estaba convencido de que mis cultivos estaban contaminados antes de darme cuenta de lo que realmente estaba pasando", dijo.

Trabajos previos de otros investigadores estudiando diferentes tipos de diatomeas céntricas mostraron que el estrés de crecimiento - Interrupciones de la luz, cambios en la salinidad, cambios en nutrientes - puede a veces, pero no confiablemente, hacer que las células se conviertan en sexuales.
"Los trabajos de laboratorio para inducir el sexo en las diatomeas céntricas han variado de dulce conversación a la tortura", dijo Halsey.

Thalassiosira pseudonana bajo el microscopioPero el análisis manual y microscópico realizado por el equipo de Halsey encontró que el amonio, un compuesto común que es un residuo metabólico de los animales, causó confiablemente dos cepas de T. pseudonana y otras dos diatomeas céntricas para cambiar sus estructuras celulares, haciedo huevos y esperma. El amonio hizo que las diatomeas se prepararan para el sexo cuando era escaso al menos otro factor de crecimiento celular - tales como luz, fósforo o sílice.

Además, la secuenciación del ARN mostró más de 1.200 genes de diatomeas cambiaron en actividad cuando el amonio encendió los fuegos sexuales de las algas. Halsey sugiere que en la naturaleza los protistas que pastan en las flores de diatomeas excretan el amonio que desencadena la sexualización de las diatomeas.

"La colección específica de factores ambientales que hacen que las diatomeas tengan sexo aún no se conocen", dijo. "Pero identificar el amonio como un inductor de la sexualidad abre potencialmente la puerta a nuevas vías de investigación sobre la cría y la modificación genética para controlar rasgos importantes".

Artículo científico: Morphological and transcriptomic evidence for ammonium induction of sexual reproduction in Thalassiosira pseudonana and other centric diatoms


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