Los patrones de las corrientes oceánicas impulsan la colonización global de la hierba marina
Los pastos marinos evolucionaron a partir de plantas de agua dulce y utilizan la luz solar y el dióxido de carbono (CO2) para la fotosíntesis y pueden prosperar en profundidades de hasta 50 metros. A diferencia de las algas, poseen raíces y rizomas que crecen en sedimentos arenosos o fangosos.
Los brotes de hojas, similares a la hierba, producen flores y completan su ciclo de vida completamente bajo el agua. Las semillas tienen una flotabilidad negativa, pero los brotes con semillas pueden flotar, lo que mejora en gran medida las distancias de dispersión a escala oceánica.
Como especie fundamental, la hierba marina proporciona hábitats críticos de aguas poco profundas para diversas biotas y también brinda numerosos servicios ecosistémicos, incluida la absorción de carbono. Los pastos marinos han sido reconocidos recientemente como una de las importantes contribuciones basadas en la naturaleza para almacenar carbono en el océano.
El sedimento debajo de las praderas de pastos marinos puede secuestrar anualmente entre 30 y 50 veces más carbono que las raíces de los bosques en tierra. Desafortunadamente, la continua pérdida de praderas de pastos marinos en todo el mundo, incluida la Zostera marina, es motivo de gran preocupación.
Un grupo internacional de investigadores coordinado por el profesor Thorsten Reusch, Jefe de la División de Investigación de Ecología Marina del Centro GEOMAR Helmholtz para la Investigación Oceánica de Kiel, utilizó genomas nucleares y de cloroplastos completos de 200 individuos y 16 ubicaciones para reconstruir y fechar la historia de colonización de la hierba marina Zostera marina desde su origen en el noroeste del Océano Pacífico hasta el Pacífico, el Atlántico y el Mediterráneo.
Imagen: Las praderas de pastos marinos como esta en Noer en el Mar Báltico forman la base de importantes hábitats de aguas poco profundas. Foto: Jan Dierking, GEOMAR
Los hallazgos descritos en un artículo y un resumen de investigación publicados en Nature Plants plantean la pregunta: "¿Qué tan bien se adaptará la hierba marina a nuestro nuevo clima que cambia rápidamente?"
Usando un enfoque filogenómico, los científicos pudieron determinar que las plantas de hierba marina cruzaron primero el Pacífico de oeste a este en al menos dos eventos de colonización, probablemente apoyados por la Corriente del Pacífico Norte.
Luego, los científicos aplicaron dos "relojes moleculares" de ADN, uno basado en el genoma nuclear y otro basado en el genoma del cloroplasto, para deducir el momento en que las poblaciones de hierba marina divergieron en otras nuevas. La tasa de mutación del ADN se calculó y calibró frente a una antigua duplicación del genoma completo que se produjo en la hierba marina.
Tanto el genoma nuclear como el del cloroplasto revelaron que la hierba marina se dispersó hacia el Atlántico a través del Ártico canadiense hace unos 243 mil años. Esta llegada es mucho más reciente de lo esperado: miles de años frente a millones de años, como fue el caso de la mayoría de las especies inmigrantes del Atlántico durante el Gran Intercambio Ártico hace unos 3,5 millones de años.
Imagen derecha: Sitios de distribución y muestreo de Z. marina y su amplia diversidad genética.
Reusch explica: "Por lo tanto, debemos suponer que en el Atlántico no había ecosistemas basados en pastos marinos, puntos críticos de biodiversidad y almacenamiento de carbono, antes de ese momento. La actualidad también se reflejó en un análisis de la comunidad faunística asociada, que presenta muchos menos animales especializados en el Atlántico en comparación con las praderas de hierba marina del Pacífico. Esto sugiere que hubo menos tiempo para que ocurriera la coevolución animal-planta".
Las poblaciones mediterráneas se fundaron desde el Atlántico hace unos 44 mil años y sobrevivieron al Último Máximo Glacial. Por el contrario, las poblaciones actuales que se encuentran a lo largo de las costas del Atlántico occidental y oriental solo se (re)expandieron desde los refugios después del Último Máximo Glacial, hace unos 19 mil años, y principalmente desde la costa este de Estados Unidos con la ayuda de la Corriente del Golfo.
Imagen: Los brotes con semillas de la hierba marina Zostera marina pueden distribuirse a largas distancias por las corrientes oceánicas. Foto: Sarah Kaehlert, GEOMAR
Además, los investigadores confirmaron aún más la enorme diferencia en la diversidad genómica entre el Pacífico y el Atlántico, incluidos los gradientes latitudinales de diversidad genética reducida en las poblaciones del norte.
"Tanto las poblaciones del Atlántico en comparación con las del Pacífico, como las del norte y las del sur son menos diversas a nivel genético que sus ancestros por un factor de 35 entre las más y menos diversas", dijo el científico postdoctoral Dr. Lei Yu, primer autor de la publicación, que fue un capítulo de su tesis doctoral. "Esto se debe a los cuellos de botella que surgen de las glaciaciones pasadas, lo que plantea preocupaciones sobre qué tan bien la hierba marina del Atlántico podrá adaptarse al cambio climático y otros factores estresantes ambientales en función de su capacidad genética".
"El calentamiento de los océanos ya ha causado pérdidas de praderas de pastos marinos en los límites del rango sur, en particular Carolina del Norte y el sur de Portugal. Además, las olas de calor también han causado pérdidas en aguas poco profundas en algunas partes del norte de la distribución", señaló Reusch. "Esta no es una buena noticia porque las praderas de pastos marinos forman diversos y productivos ecosistemas, y ninguna otra especie puede asumir el papel de la hierba marina si las praderas no pueden persistir en condiciones futuras".
Imagen: Si los pastos marinos no son capaces de adaptarse al cambio climático debido a su diversidad genética, ninguna otra especie podrá asumir el papel de estas plantas marinas. Foto: Tadhg O Corcora, GEOMAR
"Una posibilidad de restauración podría ser tomar prestada algo de diversidad genética de la hierba marina del Pacífico para fortalecer la diversidad en el Atlántico. Nuestro siguiente paso es interrogar al pangenoma de la hierba marina. Actualmente se está desarrollando un nuevo genoma de referencia de la hierba marina del Pacífico y debería darnos más información sobre la capacidad ecotípica de adaptación en su gama global de hábitats", dijo la profesora Jeanine Olsen, profesora emérita de la Universidad de Groningen que inició el estudio y coordinó el trabajo entre el Joint Genome Institute (JGI) y el equipo de investigación.
La investigación se ha publicado en Nature Plants: Ocean current patterns drive the worldwide colonization of eelgrass (Zostera marina)
