La toxina producida por Pseudo-nitzschia puede causar intoxicación amnésica por mariscos en humanos
Entre 2014 y 2015 una "mancha (blob en inglés)" de agua cálida que batió récords atravesó la costa oeste de los EE. UU., atrayendo la atención de los medios a medida que las cálidas temperaturas causaban estragos en la parte inferior de la cadena alimentaria, provocando el colapso de pesquerías como la del salmón rojo, rosado y coho y la muerte de hambre de miles de leones marinos y aves marinas.
Sin embargo, en medio de esta devastación, una microscópica criatura prosperó o "floreció", una diatomea productora de neurotoxinas llamada Pseudo-nitzschia, causando devastadoras pérdidas multimillonarias para muchas pesquerías comerciales y tribales de cangrejos y mariscos de la costa oeste que tuvieron que cerrar debido a el riesgo de pescados y mariscos contaminados con toxinas.
La toxina producida por Pseudo-nitzschia, el ácido domoico, puede causar intoxicación amnésica por mariscos en humanos, con síntomas como vómitos, diarrea, dolor de cabeza, pérdida de la memoria a corto plazo, debilidad motora, convulsiones y ritmos cardíacos irregulares.
Más allá de la clara devastación ecológica y económica, esta proliferación de algas nocivas asociada a la floración de 2015 también dejó en shock a la comunidad científica. El entendimiento predominante era que las floraciones tóxicas de Pseudo-nitzschia estaban asociadas con pulsos de agua fría y ricos en nutrientes que subían o "surgían" estacionalmente desde las profundidades a lo largo de la costa oeste del Pacífico.
Con la enorme masa de agua caliente flotando sobre la costa en 2015, hubo poca o ninguna surgencia. Entonces, ¿Cómo se produjo una proliferación tóxica durante esta enorme ola de calor?
Este misterio era irresistible para la Dra. Kyla Kelly, quien en ese momento era candidata a doctorado en la Universidad del Sur de California (USC) y estudiaba la formación de floraciones de algas nocivas y su toxicidad en un clima cambiante en el laboratorio del profesor David Hutchins en la USC.
Kelly se dio cuenta inmediatamente de que la respuesta a este misterio no sería una simple solución de causa y efecto. La literatura científica ya estaba llena de investigaciones sobre Pseudo-nitzschia que se centraban en factores únicos, por ejemplo cómo la temperatura por sí sola afecta a la diatomea.
"Dado que el cambio climático alterará algo más que la temperatura", dijo Kelly, "sabía que teníamos que observar cómo afectarían las combinaciones de factores las floraciones de Pseudo-nitzschia".
Las floraciones de algas nocivas (HABs por sus singlas en inglés) no son un fenómeno nuevo, pero han ganado considerable atención en los últimos años a medida que han aumentado su tamaño, duración y toxicidad. Múltiples especies de fitoplancton (es decir, algas microscópicas fotosintetizadoras) pueden formar una floración, que es simplemente una rápida expansión de la población, a menudo del orden de días, que a veces es visible en forma de una "marea roja" u olas brillantes en la oscuridad.
Imagen: Olas bioluminiscentes durante un evento de marea roja en el condado de San Diego, abril de 2020. (Crédito de la foto: Nick Sadrpour)
Sin embargo, no todas las floraciones de algas son tóxicas. Sólo algunas, como la Pseudo-nitzschia, producen toxinas. Incluso entonces, es complicado. De las 58 especies conocidas de Pseudo-nitzschia, sólo aproximadamente la mitad produce toxinas, pero los científicos aún no entienden exactamente cuándo y por qué.
Además, incluso las especies que no producen toxinas pueden causar daños ecológicos y económicos al consumir rápidamente grandes cantidades de oxígeno en las aguas superficiales del océano, lo que a veces provoca muertes masivas de peces.
A través de intrincados experimentos que utilizan múltiples variables, la investigación de tesis de Kelly testó en un entorno de laboratorio múltiples variables que simulaban tanto la ola de calor marina como las condiciones de surgencia de frío para Pseudo-nitzschia.
"Las floraciones se han asociado ahora con ambos extremos, cada uno con condiciones completamente diferentes", dijo Kelly, "por lo que tuvimos que descubrir los mecanismos para ambos".
Los intrincados experimentos de Kelly que equilibraron muchos cultivos de Pseudo-nitzschia con varios ajustes en la temperatura, los nutrientes y el dióxido de carbono finalmente iluminaron la importancia del nitrógeno para desencadenar el lado asesino de esta diatomea, especialmente en temperaturas más cálidas.
El calor extremo (22°C), incluso más allá de lo medido durante la "mancha" de 2015, inhibió la capacidad de la diatomea para florecer, pero la temperatura de la "ola de calor normal" (19°C) permitió que la diatomea floreciera, aunque con un mínimo de producción de ácido domoico tóxico.
Sin embargo, cuando la Dra. Kelly añadió nitrógeno a las condiciones de la ola de calor, pudo reproducir la masiva floración tóxica que azotó la costa oeste en 2015.
Imagen: La Dra. Holly Bowers utilizando la tecnología de detección portátil en el campo. Crédito: R. Clarke
En condiciones de olas de calor marinas, prácticamente no hay nutrientes que surjan de las profundas y frías aguas de la costa. Entonces, ¿Cómo consiguió la Pseudo-nitzschia que de repente el último ingrediente faltante del nitrógeno pasara al lado oscuro y comenzara a enviar ácido domoico a la cadena alimentaria?
Kelly y otros científicos creen ahora que hubo algún aporte de nutrientes procedente de la surgencia a lo largo del borde costero de la masa, lo suficiente como para encender la bomba de tiempo de Pseudo-nitzschia.
Sin embargo, ahora conscientes de lo que una pequeña pizca de nitrógeno podría hacer en un océano costero cálido, Kelly y sus colegas investigadores están preocupados por los posibles aportes antropogénicos de nitrógeno de fuentes terrestres, que pueden ocurrir durante todo el año en forma agrícola, aguas pluviales o escorrentías de aguas residuales.
"Por eso es importante establecer regulaciones sobre la cantidad de nitrógeno que vertimos al agua", dijo Kelly. Un trabajo como este ilumina la importancia de las prioridades locales, regionales y estatales para minimizar la escorrentía de nitrógeno de la tierra.
Comprender qué factores (o combinación de factores) pueden desencadenar una proliferación tóxica masiva podría dar a los científicos y gestores pesqueros mejores capacidades de predicción para advertir a las pesquerías comerciales y a las tribus que cosechen temprano antes de que se produzca una proliferación tóxica, ahorrando millones de dólares. También podría ayudar a los administradores y agencias de rescate a prepararse para impactos en los mamíferos marinos, como varamientos masivos o comportamiento agresivo.
Imagen: Izquierda: figura de la Dra. Kyla Kelly que combina, a la izquierda, un mapa de la ola de calor marina de 2015, cortesía de Jones et al, 2020, y a la derecha: surgencias costeras, cortesía de MBARI.
"Saca a la luz los controles ambientales sobre la toxicidad de una de las especies de fitoplancton más dañinas en la costa oeste de los EE. UU., que causa millones de dólares en daños al cangrejo Dungeness y otras pesquerías; su investigación mejorará la previsibilidad de las floraciones dañinas de Pseudo-nitzschia para preservar estas oportunidades de recolección de mariscos", dijo sobre el trabajo de Kelly la experta en proliferación de algas nocivas, la Dra. Vera Trainer, directora del programa marino de la Universidad de Washington e investigadora científica en el Centro Olímpico de Recursos Naturales.
Antes de ocupar su puesto en la Universidad de Washington, la Dra. Trainer trabajó en el Centro de Ciencias Pesqueras del Noroeste de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) para desarrollar un sistema regional de predicción o alerta de floraciones de algas nocivas.
Los oceanógrafos y climatólogos predicen que la costa de California experimentará extremos más frecuentes e intensos tanto de surgencias de agua fría como de olas de calor marinas. Gracias a la reciente investigación doctoral de Kelly, ahora sabemos que la costa de California no está a salvo de floraciones tóxicas de Pseudo-nitzschia en ninguno de los dos escenarios. Con los insumos adecuados, la diatomea puede formar floraciones ecológica y económicamente devastadoras, ya sea en escenarios de olas de calor o de surgencias frías.
Incluso con esta importante pieza del rompecabezas, aún queda trabajo por hacer. Como señala Kelly, "diferentes especies de Pseudo-nitzschia pueden responder de manera diferente a diversas combinaciones de factores", por lo que sus intrincados y bellamente diseñados experimentos pueden servir como modelo para futuras investigaciones.
La investigación fue publicada en 2023 en la revista Harmful Algae: Simulated upwelling and marine heatwave events promote similar growth rates but differential domoic acid toxicity in Pseudo-nitzschia australis
