Los organismos marinos utilizan receptores no descubiertos previamente para detectar y responder a la luz

recogida de organismos marinos

¿Cómo saben cuando es de día? ¿Cómo saben cuándo es de noche?

Así como las plantas y los animales terrestres están muy en sintonía con las horas de luz solar del día, la vida en los océanos sigue los ritmos del día, las estaciones e incluso la luna. Un estudio de la Universidad de Washington encuentra los interruptores de luz biológicos que lo hacen posible.

Los organismos unicelulares en el océano abierto utilizan una amplia gama de herramientas genéticas para detectar la luz, incluso en pequeñas cantidades, y responder a ella.

"Si nos fijamos en el entorno oceánico, todos estos diferentes organismos tienen este ciclo día-noche. Están muy en sintonía entre sí, incluso cuando se mueven. ¿Cómo saben cuando es de día? ¿Cómo saben cuándo es de noche?", Dijo el autor principal, Sacha Coesel, científico investigador en oceanografía de la Universidad de Washington.

Aunque invisibles para el ojo humano, los microbios del océano sustentan toda la vida marina, desde las sardinas hasta las ballenas. Conocer el funcionamiento interno de estas comunidades podría revelar cómo les irá en las cambiantes condiciones del océano.

"Al igual que las selvas tropicales generan oxígeno y absorben dióxido de carbono, los organismos oceánicos hacen lo mismo en los océanos del mundo. La gente probablemente no se dé cuenta de esto, pero estos organismos unicelulares son tan importantes como las selvas tropicales para el funcionamiento de nuestro planeta", dijo Coesel.

Al analizar el ARN filtrado de muestras de agua de mar recolectadas durante el día y la noche, el estudio identifica cuatro grupos principales de fotorreceptores, muchos de ellos nuevos. Esta actividad genética utiliza la luz para desencadenar cambios en el metabolismo, el crecimiento, la división celular, los movimientos y la muerte de los organismos marinos.

diatomeasImagen derecha: La vida marina microscópica incluye formas de vida genéticamente diversas. Esta imagen muestra diatomeas, un tipo de microalgas, recolectadas en aguas rusas y colocadas en un portaobjetos de microscopio en 1952 por Albert Brigger. La barra de escala es un décimo de milímetro. Academia de Ciencias de California/Flickr

El descubrimiento de estos nuevos "interruptores de luz" genéticos también podría ayudar en el campo de la optogenética, en el que la función de una célula puede controlarse con la exposición a la luz. Las actuales herramientas optogenéticas están diseñadas por humanos, pero las versiones de la naturaleza podrían ser más sensibles o detectar mejor la luz de longitudes de onda particulares, dijeron los investigadores.

"Este trabajo amplió drásticamente la cantidad de fotorreceptores, los diferentes tipos de interruptores de encendido y apagado, que conocemos", dijo la autora principal Virginia Armbrust, profesora de oceanografía de la Universidad de Washington.

No es sorprendente que muchas de las nuevas herramientas fueran para luz en el rango azul, ya que el agua filtra las longitudes de onda rojas (razón por la cual los océanos parecen azules). Algunos también estaban a favor de la luz verde, dijo Coesel.

Los investigadores recolectaron muestras de agua lejos de la costa y observaron toda la actividad genética de los protistas: organismos unicelulares con núcleo. Filtraron el agua para seleccionar organismos que medían entre 200 nanómetros y una décima de milímetro de diámetro. Estos incluían organismos fotosintéticos, como las algas, que absorben la luz para obtener energía, así como otro plancton unicelular que gana energía al consumir otros organismos.

El equipo recolectó muestras cada cuatro horas, día y noche, durante cuatro días en el Pacífico Norte cerca de Hawái. Los investigadores utilizaron rastreadores para seguir las corrientes a unos 50 pies (15 metros) por debajo de la superficie para que las muestras provengan de la misma masa de agua.

El estudio también analizó muestras que provenían de una profundidad de 120 y 150 metros (400 y 500 pies), en la "zona crepuscular" del océano. Incluso allí, la actividad genética mostró que los organismos respondían a niveles muy bajos de luz solar.

Mientras sale el sol, estos organismos ganan energía y crecen en tamaño, y por la noche, cuando la luz ultravioleta es menos dañina para su ADN, se someten a división celular.

"La luz del día es importante para los organismos oceánicos, lo sabemos, lo damos por sentado. Pero al ver el ritmo de la actividad genética durante estos cuatro días y la hermosa sincronicidad, te das cuenta de lo poderosa que es la luz", dijo Armbrust.

El trabajo futuro buscará lugares más alejados del ecuador, donde las comunidades de plancton están más sujetas a los cambios de estación.

El estudio fue publicado el 1 de febrero en Proceedings of the National Academy of Sciences: Diel transcriptional oscillations of light-sensitive regulatory elements in open-ocean eukaryotic plankton communities

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