Las microalgas capturan una parte importante del dióxido de carbono del planeta mediante la fotosíntesis
Investigadores han demostrado por primera vez que la microalga Chlamydomonas reinhardtii altera la actividad de aproximadamente un tercio de sus genes codificadores de proteínas en respuesta incluso a moderados cambios de temperatura.
El estudio señala las consecuencias de gran alcance del cambio climático para los ecosistemas acuáticos y el suelo. El equipo de investigación pertenece al Clúster de Excelencia Balance of the Microverse de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y al Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de las Infecciones—Instituto Hans Knöll (Leibniz-HKI).
Las microalgas son los motores invisibles de la vida: capturan una parte importante del dióxido de carbono del planeta mediante la fotosíntesis y constituyen la base de las cadenas alimentarias acuáticas. Pero cuando la temperatura es demasiado alta o demasiado baja, este motor empieza a fallar.
Estos efectos se han estudiado exhaustivamente en el alga verde Chlamydomonas reinhardtii. Esta microalga sirve como organismo modelo debido a su facilidad de cultivo y accesibilidad genética, lo que permite a los investigadores estudiar principios biológicos más generales de las microalgas.
Por lo tanto, las respuestas de las algas verdes a temperaturas particularmente altas o bajas ya se han estudiado en múltiples ocasiones.
Hasta ahora, sin embargo, se ha prestado poca atención a las fluctuaciones de temperatura más pequeñas en el agua y el suelo —el hábitat de C. reinhardtii— fuera del rango de temperaturas extremas. En el contexto del cambio climático, sin embargo, están aumentando las variaciones de temperatura dentro del rango relevante de 18 °C a 33 °C (64 °F a 91 °F). Un estudio realizado por investigadores del Cluster de Excelencia Balance of the Microverse aborda esta cuestión por primera vez.
Vídeo: Echemos un vistazo al fascinante mundo de Chlamydomonas.
Incluso moderados cambios de temperatura pueden tener un significativo impacto
Incluso cambios moderados de temperatura provocan alteraciones de gran alcance en la actividad genética y el comportamiento de C. reinhardtii. Cuatro grupos de investigación dentro del clúster, coordinados por la Dra. Maria Mittag, han demostrado que aproximadamente un tercio de todos los genes codificadores de proteínas de esta alga responden a los cambios de temperatura. Estos incluyen genes de casi todas las áreas funcionales de la célula, desde la fotosíntesis y el metabolismo hasta la locomoción y la interacción con bacterias.
Las consecuencias son claras: si la temperatura aumenta de 23 °C a 28 °C (73 °F a 82 °F), la población de algas alcanza una densidad celular un 20 % mayor. Al mismo tiempo, los cilios —los órganos locomotores filiformes de las microalgas— se contraen.
"Aunque las microalgas son prácticamente invisibles a simple vista, están muy adaptadas a su entorno. Nos sorprendió descubrir que el comportamiento natatorio de las algas se adapta tan solo 15 minutos después de un cambio de temperatura", explica el Dr. Prateek Shetty, primer autor del estudio. "Incluso antes de que se remodele la estructura de sus células, reducen su velocidad y cambian de dirección con mayor frecuencia".
Pero el metabolismo de las microalgas también cambia: a medida que aumentan las temperaturas, C. reinhardtii inicialmente utiliza fuentes de carbono orgánico, lo que retrasa varios días el inicio de la fotosíntesis. La reproducción y la interacción con otros microorganismos también se ven afectadas por los cambios de temperatura.
La colaboración interdisciplinaria como clave
Una estrategia multinivel constituyó el núcleo metodológico del estudio. Cuatro grupos de investigación del Clúster Microverse aportaron hallazgos basados en sus respectivas áreas de especialización. Gracias a la colaboración de los grupos de investigación liderados por Mittag, el Dr. Markus Lakemeyer, la Dra. Rosalind Allen y la Dra. Miriam Rosenbaum, surgió una imagen coherente de la actividad genética, la composición proteica, la motilidad y el rendimiento fotosintético de las algas.
Imagen: La profesora Miriam Rosenbaum, el Dr. Markus Lakemeyer, la profesora Dra. Rosalind Allen y la profesora Dra. Maria Mittag (de izquierda a derecha), cuyos grupos de investigación colaboraron en el artículo.
"Anteriormente no estaba claro que incluso los cambios graduales de temperatura alteraran profundamente el comportamiento de las células de las algas. Este descubrimiento se lo debemos a la estrecha y productiva colaboración dentro del clúster: solo la interacción de varios grupos con diferentes fortalezas metodológicas hizo posible esta visión", subraya Mittag, líder del grupo de investigación en el Clúster de Excelencia y coordinador del estudio.
Pequeñas fluctuaciones, grandes olas
Las microalgas como Chlamydomonas reinhardtii constituyen la base de muchas cadenas alimentarias acuáticas y contribuyen significativamente al secuestro de dióxido de carbono y a la producción de oxígeno.
Las alteraciones en la respuesta de las algas, incluso ante ligeros cambios de temperatura, sugieren importantes implicaciones para sus ecosistemas. El retraso observado en la fotosíntesis podría ser especialmente relevante. Si este efecto se confirma en condiciones naturales, podría influir en la captura de CO₂ y la producción de oxígeno en suelos y cuerpos de agua que se calientan.
"Para comprender fundamentalmente los efectos de fenómenos globales como el cambio climático, debemos comenzar por los actores más pequeños de nuestros complejos ecosistemas. Este estudio demuestra de manera excelente cómo las perspectivas de investigación combinadas de nuestro Clúster de Excelencia hacen visible esta interacción invisible", subraya la Dra. Kirsten Küsel, portavoz del Clúster de Excelencia Balance of the Microverse.
El estudio se ha publicado en la revista The Plant Cell: Multiomics studies reveal how ambient temperature changes govern cellular responses of Chlamydomonas
