Con la la ecometabolómica los ecólogos podrán entender cómo funcionan internamente los seres vivos de un ecosistema. Imagen: CREAF
La metabolómica es una técnica que permite conocer la actividad interna de las células y los organismos. Científicos de todo el mundo la utilizan en medicina para desarrollar medicamentos, para hacer seguimiento de trasplantes o para mejorar la nutrición.
Recientemente, un equipo de investigación formado por investigadores del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) ha dado un paso revolucionario en el uso de esta técnica en el ámbito de la ecología. Los resultados se han publicado en el último número de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Los investigadores Albert Rivas, Jordi Sardans, Marc Estiarte y Josep Peñuelas, miembros del CREAF y del CSIC, y Míriam Pérez Trujillo, de la UAB, han demostrado que la metabolómica es muy útil para entender el funcionamiento interno de los seres vivos de un ecosistema ante los cambios ambientales.
Hasta ahora se había observado que la sequía o los cambios de temperatura, por ejemplo, modificaban la composición química de los organismos vivos, pero no se podía explicar el motivo de este hecho. Ahora, con la metabolómica esto ya es posible. Ellos mismos han bautizado esta nueva rama de la ciencia con el nombre de ecometabolómica y confían en que debe ayudar a interpretar cómo utilizan los recursos los organismos vivos de un ecosistema a la hora de crecer, almacenar nutrientes, responder a un cambio ambiental o defenderse de los enemigos.
Los autores utilizan la ecometabolómica para explicar los procesos internos que realizan las plantas cuando están sometidas a un estrés ambiental. Explican por ejemplo cómo la falta de agua detiene el crecimiento de las plantas y provoca un aumento de su contenido interno de potasio, uno de los componentes elementales de las plantas.
Fotografiar el interior de las células
"Con la ecometabolómica podemos fotografiar el interior de las células y ver que la planta ha sacado recursos para el crecimiento para dedicarlos a mecanismos dirigidos a retener el agua en su interior. Para ello acumula grandes cantidades de potasio y de metabolitos secundarios ricos en carbono y pobres en nitrógeno y fósforo que le ayudan a retener agua y evitar que se evapore ", detalla Sardans.
Los resultados del trabajo también explican por qué con la llegada de la primavera las plantas empiezan a crecer aumentando sus proporciones internas de nitrógeno y fósforo. Gracias a la ecometabolómica los expertos demuestran que las células vegetales en primavera están muy activas y utilizan el fósforo y el nitrógeno como ladrillos para construir estructuras más complejas como las hojas, las ramas o las flores.
"Hasta ahora sabíamos que la relación entre el nitrógeno y el fósforo cambiaba a lo largo del año, dependiendo de si las condiciones ambientales eran favorables para el crecimiento, pero sólo podíamos especular como se relacionaba esto con los cambios metabólicos internos. Ahora, con el uso de la metabolómica podemos conocer cómo va cambiando el metabolismo y así entender porque cambian los contenidos de nitrógeno y fósforo ", explica Albert Rivas-Ubach, el doctorando que ha trabajado en este proyecto.
"Los resultados obtenidos nos demuestran que la llegada de la primavera en un ecosistema, un hecho que podemos ver a simple vista con la floración de muchas plantas, tiene unas consecuencias en la composición química de sus organismos y en su actividad celular", comenta Peñuelas. Así, por primera vez en la historia de la ecología se han aplicado estudios metabolómicos conjuntamente con estudios de los cambios químicos elementales y de los cambios ecofisiológicos. Esto debe ayudar a poder establecer leyes generales y vincular los cambios los ecosistemas a los cambios en la composición química elemental de sus organismos.
Recientemente, un equipo de investigación formado por investigadores del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) ha dado un paso revolucionario en el uso de esta técnica en el ámbito de la ecología. Los resultados se han publicado en el último número de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Los investigadores Albert Rivas, Jordi Sardans, Marc Estiarte y Josep Peñuelas, miembros del CREAF y del CSIC, y Míriam Pérez Trujillo, de la UAB, han demostrado que la metabolómica es muy útil para entender el funcionamiento interno de los seres vivos de un ecosistema ante los cambios ambientales.
Hasta ahora se había observado que la sequía o los cambios de temperatura, por ejemplo, modificaban la composición química de los organismos vivos, pero no se podía explicar el motivo de este hecho. Ahora, con la metabolómica esto ya es posible. Ellos mismos han bautizado esta nueva rama de la ciencia con el nombre de ecometabolómica y confían en que debe ayudar a interpretar cómo utilizan los recursos los organismos vivos de un ecosistema a la hora de crecer, almacenar nutrientes, responder a un cambio ambiental o defenderse de los enemigos.
Los autores utilizan la ecometabolómica para explicar los procesos internos que realizan las plantas cuando están sometidas a un estrés ambiental. Explican por ejemplo cómo la falta de agua detiene el crecimiento de las plantas y provoca un aumento de su contenido interno de potasio, uno de los componentes elementales de las plantas.
Fotografiar el interior de las células
"Con la ecometabolómica podemos fotografiar el interior de las células y ver que la planta ha sacado recursos para el crecimiento para dedicarlos a mecanismos dirigidos a retener el agua en su interior. Para ello acumula grandes cantidades de potasio y de metabolitos secundarios ricos en carbono y pobres en nitrógeno y fósforo que le ayudan a retener agua y evitar que se evapore ", detalla Sardans.
Los resultados del trabajo también explican por qué con la llegada de la primavera las plantas empiezan a crecer aumentando sus proporciones internas de nitrógeno y fósforo. Gracias a la ecometabolómica los expertos demuestran que las células vegetales en primavera están muy activas y utilizan el fósforo y el nitrógeno como ladrillos para construir estructuras más complejas como las hojas, las ramas o las flores.
"Hasta ahora sabíamos que la relación entre el nitrógeno y el fósforo cambiaba a lo largo del año, dependiendo de si las condiciones ambientales eran favorables para el crecimiento, pero sólo podíamos especular como se relacionaba esto con los cambios metabólicos internos. Ahora, con el uso de la metabolómica podemos conocer cómo va cambiando el metabolismo y así entender porque cambian los contenidos de nitrógeno y fósforo ", explica Albert Rivas-Ubach, el doctorando que ha trabajado en este proyecto.
"Los resultados obtenidos nos demuestran que la llegada de la primavera en un ecosistema, un hecho que podemos ver a simple vista con la floración de muchas plantas, tiene unas consecuencias en la composición química de sus organismos y en su actividad celular", comenta Peñuelas. Así, por primera vez en la historia de la ecología se han aplicado estudios metabolómicos conjuntamente con estudios de los cambios químicos elementales y de los cambios ecofisiológicos. Esto debe ayudar a poder establecer leyes generales y vincular los cambios los ecosistemas a los cambios en la composición química elemental de sus organismos.
La metabolómica delata el estilo de vida de los organismos
Los organismos vivos son capaces de asimilar sustancias o de fabricarlas, así como de degradar y producir energía. Si un individuo está estresado, si necesita energía o si quiere atraer al sexo contrario deberá llevar a cabo una reacción química que le permita sobrevivir. En conjunto, todas las reacciones químicas que permiten que un individuo mantenga sus funciones vitales son lo que llamamos el metabolismo. Así pues, un ambiente caluroso o demasiado fresco puede alterarlo. De hecho, como que el ambiente donde vivimos cambia de forma constante, se dice que el metabolismo es dinámico.
Si un científico pudiera determinar cómo está nuestro metabolismo en cada momento, podría conocer con todo detalle cuál es nuestro estilo de vida y cómo cambia el ambiente en el que vivimos. Es por ello que los científicos utilizan la metabolómica para fotografiar la actividad metabólica de nuestras células y conocer con mucha fiabilidad el ritmo y estilo de vida de un individuo.
Los organismos vivos son capaces de asimilar sustancias o de fabricarlas, así como de degradar y producir energía. Si un individuo está estresado, si necesita energía o si quiere atraer al sexo contrario deberá llevar a cabo una reacción química que le permita sobrevivir. En conjunto, todas las reacciones químicas que permiten que un individuo mantenga sus funciones vitales son lo que llamamos el metabolismo. Así pues, un ambiente caluroso o demasiado fresco puede alterarlo. De hecho, como que el ambiente donde vivimos cambia de forma constante, se dice que el metabolismo es dinámico.
Si un científico pudiera determinar cómo está nuestro metabolismo en cada momento, podría conocer con todo detalle cuál es nuestro estilo de vida y cómo cambia el ambiente en el que vivimos. Es por ello que los científicos utilizan la metabolómica para fotografiar la actividad metabólica de nuestras células y conocer con mucha fiabilidad el ritmo y estilo de vida de un individuo.
Referencias
Ecological metabolomics: overview of current developments and future challenges. Sardans J., Peñuelas J., Rivas-Ubach A. 2011. Chemoecology 21: 191-225.
Ecological metabolomics. Peñuelas J., Sardans J. 2009a. Chemistry and Ecology 25: 305-309.
Elementary factors. Peñuelas J., Sardans J. 2009b. Nature 460: 803-804.
Ecological metabolomics: overview of current developments and future challenges. Sardans J., Peñuelas J., Rivas-Ubach A. 2011. Chemoecology 21: 191-225.
Ecological metabolomics. Peñuelas J., Sardans J. 2009a. Chemistry and Ecology 25: 305-309.
Elementary factors. Peñuelas J., Sardans J. 2009b. Nature 460: 803-804.