Toma de muestras de microbios marinos, en la bahía de Monterrey (California). Fuente: Monterey Bay Aquarium Research Institute.
Investigadores de la Universidad de Hawái en Manoa (EE.UU) y colegas de otras instituciones han descubierto que las comunidades microbianas de diferentes regiones del Océano Pacífico muestran ritmos diarios sorprendentemente similares en su metabolismo a pesar de habitar hábitats extremadamente diferentes: las aguas ricas en nutrientes de California y las aguas pobres en nutrientes al norte de Hawái.
Además, en ambos lugares, los fotoautótrofos dominantes -bacterias amantes-de-la-luz que necesitan energía solar para ayudarles a producir alimentos mediante la fotosíntesis, a partir de sustancias inorgánicas- parecen iniciar un efecto de cascada en el que los otros grupos principales de microbios realizan sus actividades metabólicas de forma coordinada y predecible .
Como era de esperar, diferentes fotoautótrofos dominaban la costa oceánica y el mar abierto. Sin embargo, muchos otros grupos de bacterias heterótrofas as eran comunes a ambos hábitats.
Para el estudio, publicado esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores observaron cuándo estos microbios encendían y apagaban los genes que regulan procesos metabólicos clave ("patrones de transcripción"). Los grupos de bacterias comunes a ambos ecosistemas mostraban los mismos patrones de transcripción y ritmos diarios; como si cada grupo estuviera realizando su papel preestablecido en un momento preciso del día, a pesar de que las comunidades estén separadas por miles de kilómetros.
"Nuestro trabajo sugiere que estas comunidades microbianas se comportan en general de una manera similar a través de cuencas oceánicas enteras y que las interacciones biológicas específicas entre estos grupos están muy extendidas en la naturaleza", asegura Frank Aylward, postdoc del Centro de Oceanografía Microbiana: Investigación y Educación (C-More), y autor principal del estudio, en la información de la universidad.
Tecnología
Los investigadores utilizaron un Procesador de Muestras Ambientales que recoge microbios cada pocas horas. Utilizando modernas tecnologías genómicas de "última generación", Aylward y sus colegas fueron capaces de evaluar los ciclos diarios de expresión génica de las comunidades microbianas.
Además, en ambos lugares, los fotoautótrofos dominantes -bacterias amantes-de-la-luz que necesitan energía solar para ayudarles a producir alimentos mediante la fotosíntesis, a partir de sustancias inorgánicas- parecen iniciar un efecto de cascada en el que los otros grupos principales de microbios realizan sus actividades metabólicas de forma coordinada y predecible .
Como era de esperar, diferentes fotoautótrofos dominaban la costa oceánica y el mar abierto. Sin embargo, muchos otros grupos de bacterias heterótrofas as eran comunes a ambos hábitats.
Para el estudio, publicado esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores observaron cuándo estos microbios encendían y apagaban los genes que regulan procesos metabólicos clave ("patrones de transcripción"). Los grupos de bacterias comunes a ambos ecosistemas mostraban los mismos patrones de transcripción y ritmos diarios; como si cada grupo estuviera realizando su papel preestablecido en un momento preciso del día, a pesar de que las comunidades estén separadas por miles de kilómetros.
"Nuestro trabajo sugiere que estas comunidades microbianas se comportan en general de una manera similar a través de cuencas oceánicas enteras y que las interacciones biológicas específicas entre estos grupos están muy extendidas en la naturaleza", asegura Frank Aylward, postdoc del Centro de Oceanografía Microbiana: Investigación y Educación (C-More), y autor principal del estudio, en la información de la universidad.
Tecnología
Los investigadores utilizaron un Procesador de Muestras Ambientales que recoge microbios cada pocas horas. Utilizando modernas tecnologías genómicas de "última generación", Aylward y sus colegas fueron capaces de evaluar los ciclos diarios de expresión génica de las comunidades microbianas.
Siempre se había pensado que los microbios de la costa y del mar abierto serían completamente distinto, debido a sus diferentes condiciones ambientales (en Hawái hay mucha luz y temperaturas cálidas todo el año, mientras que las aguas de California son más frías y hay marcados cambios estacionales).
"Sorprendentemente, sin embargo, nuestro trabajo muestra que estos ecosistemas exhiben ciclos de migración vertical diaria muy similares, impulsados en gran parte por la luz del sol y las interacciones entre especies microbianas", explica Aylward, "Esto sugiere que diferentes comunidades microbianas a través del Océano Pacífico, y probablemente a través de las aguas de todo el planeta, se comportan de maneras mucho más ordenadas de lo que se suponía".
Ciclo energía-materia
Edward DeLong, profesor de oceanografía en la universidad y autor principal del artículo, cree que "este tipo de patrón predecible puede permitirnos predecir mejor el ritmo específico de transformaciones de materia y energía que son catalizadas por los microbios a diario".
Debido a los grandes volúmenes de dióxido de carbono capturado por los microbios en los océanos, este trabajo tiene implicaciones importantes para la comprensión de los factores que conforman el ciclo del carbono a gran escala en la biosfera.
El equipo de investigadores espera lograr una resolución de muestreo más fina en el espacio y en el tiempo, usando mejores dispositivos de muestreo robótico que se están diseñando ahora. Esto ayudará a identificar con mayor precisión cómo interactúan los microbios entre sí y cómo responden a los estímulos del medio ambiente.
"Sorprendentemente, sin embargo, nuestro trabajo muestra que estos ecosistemas exhiben ciclos de migración vertical diaria muy similares, impulsados en gran parte por la luz del sol y las interacciones entre especies microbianas", explica Aylward, "Esto sugiere que diferentes comunidades microbianas a través del Océano Pacífico, y probablemente a través de las aguas de todo el planeta, se comportan de maneras mucho más ordenadas de lo que se suponía".
Ciclo energía-materia
Edward DeLong, profesor de oceanografía en la universidad y autor principal del artículo, cree que "este tipo de patrón predecible puede permitirnos predecir mejor el ritmo específico de transformaciones de materia y energía que son catalizadas por los microbios a diario".
Debido a los grandes volúmenes de dióxido de carbono capturado por los microbios en los océanos, este trabajo tiene implicaciones importantes para la comprensión de los factores que conforman el ciclo del carbono a gran escala en la biosfera.
El equipo de investigadores espera lograr una resolución de muestreo más fina en el espacio y en el tiempo, usando mejores dispositivos de muestreo robótico que se están diseñando ahora. Esto ayudará a identificar con mayor precisión cómo interactúan los microbios entre sí y cómo responden a los estímulos del medio ambiente.
Referencia bibliográfica:
Frank O. Aylward et al.: Microbial community transcriptional networks are conserved in three domains at ocean basin scales . PNAS (2015). doi: 10.1073/pnas.1502883112
Frank O. Aylward et al.: Microbial community transcriptional networks are conserved in three domains at ocean basin scales . PNAS (2015). doi: 10.1073/pnas.1502883112