Investigadores devuelven la vida a algas prehistóricas
Tras 7000 años sin luz ni oxígeno en el fango del Mar Báltico
Un equipo de investigación dirigido por el Instituto Leibniz de Investigación del Mar Báltico de Warnemünde (OIA) logró revivir fases latentes de algas que se hundieron en el fondo del mar Báltico hace casi 7.000 años. A pesar de miles de años de inactividad en el sedimento sin luz ni oxígeno, las especies de diatomeas investigadas recuperaron toda su viabilidad. El estudio, publicado recientemente en The ISME Journal, se llevó a cabo en el marco del proyecto de investigación colaborativa PHYTOARK, financiado por la Asociación Leibniz, cuyo objetivo es comprender mejor el futuro del Mar Báltico mediante investigaciones paleoecológicas de su pasado.
Muchos organismos, desde las bacterias hasta los mamíferos, pueden entrar en una especie de "modo de reposo", conocido como latencia, para sobrevivir a periodos de condiciones ambientales desfavorables. Pasan a un estado de actividad metabólica reducida y a menudo forman fases de latencia especiales con estructuras protectoras robustas y reservas de energía almacenadas internamente. Lo mismo ocurre con el fitoplancton, pequeñas plantas microscópicas que viven en el agua y realizan la fotosíntesis. Sus fases latentes se hunden en el fondo de las masas de agua, donde los sedimentos las cubren con el tiempo y las conservan en condiciones anóxicas.
Estos depósitos son como una cápsula del tiempo que contiene valiosa información sobre ecosistemas pasados y las comunidades biológicas que los habitaban, su evolución demográfica y sus cambios genéticos", explica Sarah Bolius. La experta en fitoplancton de la OIA es la primera autora del estudio publicado recientemente en The ISME Journal, en el que se analizaron núcleos de sedimentos del Mar Báltico específicamente en busca de células latentes viables de fitoplancton del pasado. "Este enfoque lleva el inusual nombre de 'ecología de la resurrección': Las fases latentes que pueden asignarse claramente a periodos específicos de la historia del Mar Báltico debido a la clara estratificación del sedimento del Mar Báltico se reviven en condiciones favorables, se caracterizan genética y fisiológicamente y se comparan con las poblaciones de fitoplancton actuales", prosigue Bolius. Mediante el análisis de otros componentes de los sedimentos, los llamados proxies, también será posible extraer conclusiones sobre las condiciones pasadas de salinidad, oxígeno y temperatura. "Combinando toda esta información, pretendemos comprender mejor cómo y por qué el fitoplancton del Mar Báltico se ha adaptado genética y funcionalmente a los cambios ambientales", explica el investigador marino sobre el enfoque científico del estudio.
Genes antiguos, funciones estables
El equipo dirigido por Sarah Bolius, del que formaban parte expertos de la OIA e investigadores de las universidades de Rostock y Constanza, examinó testigos de sedimentos extraídos a 240 metros de profundidad en las profundidades orientales de Gotland durante una expedición con el buque de investigación Elisabeth Mann Borgese en 2021. En condiciones favorables de nutrientes y luz, se pudo despertar del letargo a algas viables a partir de nueve muestras de sedimentos y se aislaron cepas individuales. Las muestras se tomaron de diferentes capas de sedimentos que representan un lapso de tiempo de unos 7000 años y, por tanto, las principales fases climáticas del Mar Báltico.
La especie de diatomea Skeletonema marinoi fue la única especie de fitoplancton que revivió en todas las muestras. Es muy común en el Mar Báltico y suele aparecer durante la floración primaveral. La muestra más antigua con células viables de esta especie se dató en 6871 ± 140 años. "Es sorprendente que las algas resucitadas no sólo hayan sobrevivido 'a duras penas', sino que aparentemente no han perdido nada de su 'fitness', es decir, su capacidad de rendimiento biológico: Crecen, se dividen y hacen la fotosíntesis como sus descendientes modernos", subraya Sarah Bolius. Esto se aplica incluso a las células de la capa sedimentaria de unos 7.000 años de antigüedad, que demostraron ser estables durante el cultivo con una tasa media de crecimiento de unas 0,31 divisiones celulares al día, un valor similar a las tasas de crecimiento de las cepas actuales de Skeletonema marinoi, afirma Bolius. La medición del rendimiento fotosintético también demostró que incluso las algas aisladas más antiguas pueden seguir produciendo oxígeno activamente, con valores medios de 184 micromoles de oxígeno por miligramo de clorofila por hora. "Se trata además de valores comparables a los de los representantes actuales de esta especie", afirma el experto en algas.
Los investigadores también analizaron los perfiles genéticos de las algas resucitadas mediante análisis de microsatélites, un método en el que se comparan determinados segmentos cortos de ADN. El resultado: Las muestras procedentes de capas de sedimentos de distintas edades formaban grupos genéticos diferenciados. En primer lugar, esto descartó la posibilidad de que se hubiera producido una contaminación cruzada durante el cultivo de las cepas procedentes de capas de sedimentos de distintas edades. En segundo lugar, esto demuestra que las sucesivas poblaciones de Skeletonema marinoi en el Mar Báltico han cambiado genéticamente a lo largo de los milenios.
La latencia como estrategia de supervivencia y como base de una interesante herramienta de investigación
El fenómeno de que los organismos sobreviven en estado latente durante periodos muy largos de tiempo y, por tanto, pueden recolonizar hábitats en condiciones adecuadas, es también conocido por otros estudios, por ejemplo en el caso de las semillas de plantas o de pequeños crustáceos, algunos de los cuales permanecen viables durante varios siglos, incluso milenios. Sin embargo, rara vez se ha documentado la resurrección con éxito de una fase latente después de tanto tiempo, como en el caso de Skeletonema marinoi. Con unos 7.000 años de antigüedad, las diminutas células de esta diatomea se encuentran entre los organismos más antiguos que han sido resucitados con éxito a partir de una fase latente intacta. Hasta la fecha no se conocen casos más antiguos en sedimentos acuáticos.
"El hecho de que hayamos sido capaces de reactivar con éxito algas tan antiguas a partir de su estado de latencia es un primer paso importante en el desarrollo ulterior de la herramienta 'Ecología de la Resurrección' en el Mar Báltico. Esto significa que ahora es posible realizar en el laboratorio "experimentos de salto temporal" en diversas etapas del desarrollo del Mar Báltico", afirma Sarah Bolius. Por tanto, las cepas de algas revividas se seguirán probando en el futuro en diferentes condiciones. "Nuestro estudio también demuestra que podemos rastrear directamente los cambios genéticos a lo largo de muchos milenios, analizando células vivas en lugar de sólo fósiles o trazas de ADN", concluye la científica. Se espera que nuevos análisis genéticos de las cepas de algas reactivadas contribuyan a comprender mejor las causas de estos cambios genéticos.
Entender el futuro viajando atrás en el tiempo
El estudio actual se ha llevado a cabo en el marco del proyecto de colaboración PHYTOARK, financiado por la Asociación Leibniz dentro de la línea de financiación "Excelencia Colaborativa" y coordinado en la OIA por Anke Kremp, jefa del grupo de trabajo de Ecología del Fitoplancton. Participan otras nueve instituciones de investigación de Alemania, Finlandia, Suecia y Estados Unidos. El objetivo es utilizar los métodos más avanzados de paleoecología e investigación de la biodiversidad para retroceder hasta 8.000 años y reconstruir los cambios en el fitoplancton del Mar Báltico causados por las fluctuaciones climáticas naturales. Esta mirada al pasado debería ayudar a evaluar mejor las futuras repercusiones del cambio climático en el Mar Báltico.
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