updated 12:54 PM CEST, Oct 1, 2016

Conviviendo en un mar competitivo

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fitoplancton

Las diatomeas utilizan los recursos de diferentes maneras para coexistir en la misma comunidad

La biodiversidad abunda en la Tierra y no hay necesidad de buscar más allá de la superficie del océano para probarlo. Hay más de 200.000 especies de fitoplancton, y todas esas especies de microscópicas plantas marinas que forman la base de la cadena alimentaria marina necesitan los mismos recursos básicos para crecer - luz y nutrientes.

Un estudio realizado por un equipo de científicos de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), Universidad de Rhode Island (URI), y la Universidad de Columbia, publicado el 13 de abril en Proceedings of the National Academy of Sciences revela cómo las especies de diatomeas - uno de los varios tipos principales de fitoplancton marino - utilizan los recursos de diferentes maneras para coexistir en la misma comunidad.

Harriet Alexander"La diversidad de fitoplancton ha intrigado a oceanógrafos y biológos durante mucho tiempo", dice Harriet Alexander, autora principal del estudio y estudiante de postgrado en el Programa Conjunto MIT-WHOI en Oceanografía. "¿Por qué hay tantas especies diferentes que conviven en este entorno relativamente estable, cuando están compitiendo por los mismos recursos? ¿Por qué no tienen un competidor superior para forzar a otras a la extinción?"

Para tratar de responder a estas preguntas, Alexander y sus colegas utilizaron un novedoso enfoque que combina nuevas herramientas moleculares y analíticas para destacar que especies similares utilizan los recursos de manera diferente - conocido como nicho de compartimentación - en la bahía de Narragansett, Rhode Island, Estados Unidos.

"El fitoplancton de la bahía de Narragansett, que es un sistema estuarino dinámico, se ha investigado de forma semanal desde la década de 1950, lo que nos da una gran comprensión de los patrones de largo plazo del cambio", dice Tatiana Rynearson, coautora y directora de Bay Plankton Time Series at URI de la bahía de Narragansett. "Este estudio utiliza la serie de tiempo, pero la toma en una dirección completamente nueva, proporcionando conocimientos sobre la vida interior del fitoplancton".

Trabajando con muestras de agua recogidas en conjunto con encuestas para la serie temporal de Plancton del R/V Cap'n Bert, el equipo de investigación extrajo material genético llamado ácido ribonucleico (ARN) del plancton en la bahía. La secuenciación del ARN, que se hizo en la Universidad de Columbia Genome Center, permitió a los investigadores utilizar la información genética para determinar qué organismos estaban presentes y lo que estaban haciendo. La anotación de estas secuencias de ARN a través de "coincidencia de patrones" fue facilitado por la Gordon and Betty Moore Foundation's Marine Microbial Eukaryote Transcriptome Sequencing Project, que ha secuenciado el material genético de más de 300 especies marinas.

En conjunto con el análisis de la secuencia, el equipo de investigación ha desarrollado un nuevo enfoque bioinformático que utiliza datos de los experimentos de modificación de nutrientes para ayudar a interpretar las señales del medio ambiente.

diatomeas

"Mediante la adición de nitrógeno, podemos hacernos una idea a lo que se parecen estos organismos y cómo se comportan cuando tienen un montón de nitrógeno", explica Alexander. "Entonces también hicimos lo contrario, añadiendo todo lo que posiblemente podrían desear, excepto nitrógeno. La creación de estos extremos en el entorno de nutrientes permitió la identificación de marcadores moleculares conocidos y nuevos de la condición nutricional de estos organismos".

Con estos datos los investigadores observaron dos especies de la cadena de formación de diatomeas - Skeletonema spp. y Thalassiosira rotula - que coexisten en la misma parcela de agua, pero haciendo cosas fundamentalmente diferentes con los nutrientes disponibles, especialmente nitrógeno y fósforo.

"El Skeletonema fue el actor dominante durante nuestro muestreo consumiendo fuentes de nitrógeno inorgánico, como el nitrato y el nitrito. Mientras, el menos dominante, el Thalassiosira, está haciendo un montón de trabajo con en el nitrógeno de fuentes orgánicas, tales como aminoácidos", dice Alexander .

"Hemos sospechado durante mucho tiempo que incluso fitoplancton estrechamente relacionado debe tener maneras de distinguir sus necesidades de la de sus vecinos, por ejemplo, utilizando diferentes formas de fósforo o nitrógeno, pero esto ha sido difícil de rastrear en el medio ambiente, ya que la mayoría de los enfoques no están en especies específicas", añade la consejera de Alexander y coautora del estudio, Sonya Dyhrman, profesora asociada en el Departamento de Tierra y Ciencias Ambientales de la Universidad de Columbia.

"Parte del desafío es que lo que se necesita para rastrear los patrones específicos de cada especie en la utilización de recursos para comparar una diatomea de otra", añade Dyhrman. "En este estudio fue analizada una nueva base de datos que es parte de la MMETSP para identificar las señales específicas de la especie, y luego Harriet desarrolló una forma de normalizar las señales para ser capaz de comparar cuantitativamente entre las especies".

Al igual que la secuenciación del genoma humano está expandiendo nuestra comprensión de la medicina, la genómica microbiana nos da nuevas pistas sobre cómo funcionan los organismos marinos en el océano y la forma en que se ven influenciados por factores ambientales tales como el clima. Las herramientas desarrolladas en este estudio señalan el camino a seguir trabajando que examina cómo responderán diversas poblaciones de diatomeas y otro fitoplancton a las condiciones cambiantes en el futuro océano.

Articulo científico: Metatranscriptome analyses indicate resource partitioning between diatoms in the field