Los corales y sus microbiomas evolucionaron juntos

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coral pétreo

Los corales albergan a casi una cuarta parte de todas las especies marinas conocidas

Los corales y los microbios que albergan evolucionaron juntos, según un nuevo estudio realizado por la Universidad Estatal de Oregón.

Los hallazgos, publicados ayer en Nature Communications, agregan una nueva perspectiva a la lucha para salvar los arrecifes de coral de la Tierra, las estructuras de origen biológico más grandes y significativas del planeta.

Financiado por la National Science Foundation, el estudio incluyó cientos de muestras de corales escleractinios, también conocidos como corales pétreos, que desde su primera aparición hace 425 millones de años se han ramificado en más de 1.500 especies.

Muchos de ellos son grandes constructores de arrecifes de coral, que se encuentran en menos del 1 por ciento del océano, pero albergan a casi una cuarta parte de todas las especies marinas conocidas. Los arrecifes también ayudan a regular los niveles de dióxido de carbono del mar y son un coto de caza crucial que los científicos utilizan en la búsqueda de nuevos medicamentos.

"Muchos corales se han extinguido durante la industrialización y muchos otros están en peligro de extinción", dice la coautora del estudio y microbióloga de la OSU Rebecca Vega Thurber, que aparece en el documental de 2018 "Saving Atlantis (Salvando la Atlántida)" de la Universidad del Estado de Oregón. "Viendo los patrones de evolución entre los microbiomas y los corales, eso nos da una idea de qué microbios atacar: aprender qué hacen, cómo ayudan a los corales a resistir el cambio climático y cómo ayudan a amortiguar la contaminación de los nutrientes. Podemos observar con mayor profundidad los microbios y entender cómo ayudan o dañan a sus anfitriones".

Los corales modernos albergan una compleja composición de dinoflagelados, hongos, bacterias y arqueas que forman el microbioma del coral. Los cambios en la composición de los microbiomas están relacionados con los cambios en la salud del coral.

"Es probable que los corales ancestrales también albergaran comunidades microbianas complejas, pero hay mucho que no sabemos acerca de cómo evolucionaron estas simbiosis coral-microbios o los factores clave que influyen en las comunidades microbianas en los corales modernos", dice Vega Thurber. "Ciertas especies de corales tienen microbiomas distintos, hasta el punto en que ocurrió en algún momento de su historia evolutiva. No hace 400 millones de años, pero hay grupos específicos de microbios que más recientemente muestran evidencia muy fuerte de evolución con sus huéspedes".

Vega Thurber y Ryan McMinds, estudiante Ph.D. en su laboratorio y coautora del artículo, fue parte de una colaboración internacional que también incluyó a Mónica Medina de Penn State University y al ex becario postdoctoral del estado de Oregón Jesse Zaneveld, ahora profesor asistente en la Universidad de Washington-Bothell.

El enorme proyecto de investigación computacionalmente desafiante consistió en tomar 600 muestras de coral de 21 arrecifes de las costas de Australia, que abarcan 17 grados de latitud.

"En muchas escalas diferentes, cuanto más similares son los hospedadores de coral, más similares son las comunidades microbianas, tanto la comunidad entera como los microbios en particular", dice McMinds. "Recolectamos muestras de tantos tipos de corales como fue posible. Para cada conjunto de muestras, observamos el tejido, el esqueleto y el moco de los corales para ver qué microbios estaban allí".

diferencias anatómicas en el microbioma del coralPara hacer eso, los investigadores secuenciaron el gen 16S rRNA. El gen está presente en todos los organismos vivos, explica McMinds, pero es ligeramente diferente. Lo comparó con un "código de barras molecular" de cada organismo al que pertenece.

A partir de ahí, los científicos podrían buscar patrones entre las diferentes comunidades microbianas de corales y determinar si había tenido lugar la evolución conjunta de los corales y sus microbiomas.

"Encontramos un fuerte soporte para la "phylosymbiosis" de los microbios de coral, en la cual la composición y riqueza de los microbiomas de coral se refleja en la historia evolutiva del huésped de coral", dice Vega Thurber.

"Cuando hace aproximadamente 25 millones y 65 años comenzó la especiación para las familias modernas de arrecifes, eso fue acompañado por grandes cambios en la riqueza de los microbiomas. Y los cambios continuaron acumulándose durante los eventos de especiación más recientes".

La diversidad de coral es demasiado grande para evaluar los diversos factores que mantienen el microbioma de cada una de las especies de coral, pero estos hallazgos proporcionan reglas generales para el ensamblaje de microbiomas "que informan las estimaciones de los efectos de los microorganismos en las partes no estudiadas del árbol de coral".

"Ahora tenemos un marco para analizar los microbios de coral escleractinios que pueden revelar cómo interactúan la historia evolutiva de los corales, los rasgos del huésped y el ambiente local para dar forma a los microbiomas", dice Vega Thurber. "En el mundo de los corales, ha existido una hipótesis de larga data de que los microbios y los corales evolucionaron conjuntamente, pero antes no había un conjunto de datos suficiente para probar eso".

Fue algo sorprendente para los investigadores descubrir que las comunidades microbianas de los esqueletos de carbonato de calcio de los corales mostraron una mayor riqueza de microbiomas en comparación con los microbiomas de tejido y moco. Además, los microbiomas esqueléticos mostraban la señal más fuerte de la fiosymbiosis a largo plazo, un patrón en el que la diversificación de un grupo relacionado de organismos anfitrión se correlaciona con cambios en las diferencias entre sus microbiomas.

"Originalmente, pensamos que los corales mostrarían signos de phylosymbiosis a lo largo de toda su historia filogenética, y los resultados apoyan eso para el esqueleto y el tejido pero no para el moco", dice McMinds. "A pesar de la variabilidad en la composición química del moco entre las especies y la significativa especificidad del huésped en el microbioma del moco, la especificidad del huésped se limitó a divergencias relativamente recientes".

También señaló que la investigación encontró una potencial importancia en "unos pocos grupos de microbios que nadie había creído que fueran importantes".

"Hay miles de diferentes especies de microbios y no muchos de los que los investigadores consideraron interesantes, e identificamos un par de otros objetivos microbianos que podrían estar influyendo en la salud de los corales", dice McMinds. "No sabemos con seguridad si son importantes, pero la evidencia sugiere que están cambiando junto con sus anfitriones, por lo que probablemente es algo importante que están haciendo. No son un simbionte estándar, pero parece que son algo que vale la pena mirar más de cerca".

Artículo científico: Coral-associated bacteria demonstrate phylosymbiosis and cophylogeny

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