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Esponjas, esporas y estromatolitos entregan claves para contrarrestar efectos del cambio climático

Por La Prensa Austral miércoles 11 de diciembre del 2019

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“Estabilidad temporal de las comunidades bacteriales en esponjas antárticas”, fue desarrollado por investigadores del Inach, mientras que Nelso Navarro, investigador de la Universidad de Magallanes y del Centro de Investigación Dinámica de Ecosistemas Marinos de Altas Latitudes (Ideal), trabajó con esporas de algas en el estrecho de Magallanes y la bahía Fildes, de la Antártica. Un tercer estudio de la Universidad Nacional Autónoma de México investigó en Laguna Amarga, lago Sarmiento y el Parque de los Estromatolitos en Porvenir

Un estudio del Instituto Antártico Chileno y otra en conjunto entre el investigador de la Universidad de Magallanes, Nelso Navarro y del Centro de Investigación Dinámica de Ecosistemas Marinos de Altas Latitudes (Ideal) de la Universidad Austral de Chile, ha permitido encontrar información clave para entender el comportamiento de especies a los efectos del cambio climático. Asimismo, un tercer estudio de la Universidad Nacional Autónoma de México investigó en Laguna Amarga, lago Sarmiento y el Parque de los Estromatolitos en Porvenir, recibiendo la colaboración del Inach.

La primera de estas investigaciones tiene como protagonistas a las esponjas antárticas. “Temporal stability of bacterial communities in Antarctic Sponges” (en español: Estabilidad temporal de las comunidades bacteriales en esponjas antárticas) es el artículo publicado en la revista científica Frontiers in Microbiology y que fue realizado por los investigadores del Departamento Científico del Instituto Antártico Chileno (Inach), César Cárdenas, Alejandro Font, Rodolfo Rondón y Marcelo González, con la colaboración del investigador del Centro Geomar de Kiel, Alemania, Georg Steinert.

Las esponjas marinas son capaces de albergar comunidades microbianas densas, diversas y específicas. Estos microorganismos viven estrechamente asociados a estos invertebrados marinos; en palabras simples, estas mantienen una relación simbiótica que favorecen su existencia. “El estudio se centra en ver cómo el microbioma -que es como se llaman estas comunidades que viven asociadas- se comporta en el tiempo, si tienen la capacidad de ser estables, resistentes o si se ven afectadas por los cambios ambientales”, aclaró César Cárdenas.

Gran parte del conocimiento actual sobre su diversidad y el rol que cumplen las diferentes bacterias, es decir, cómo les sirve a estos invertebrados marinos, está basado mayoritariamente en especies que habitan principalmente en aguas tropicales y templadas. Pese a que algunos estudios anteriores ya habían analizado el microbioma de algunas esponjas antárticas, no existía conocimiento previo sobre los patrones temporales (estabilidad) de estas comunidades bacterianas.

Para llevar a cabo esta indagación, se registraron los patrones temporales de las comunidades bacterianas de cuatro especies de esponjas (Mycale (oxymicale) acerata, Isodictya sp., Hymeniacidon torquata y Tedania (Tedaniopsis) wellsae) durante tres veranos (2016 al 2018) en la isla Doumer, archipiélago de Palmer, en una zona cercana a la base Yelcho en la península Antártica. “Primero hicimos una línea base de qué había, elegimos uno de los sitios y ahí realizamos un marcaje de esponjas; en una primera instancia llegamos a marcar sesenta muestras. Fue un trabajo no menor ir todos los días; yo conseguía marcar tres o cuatro por buceo. Entonces de las 60 que marcamos el primer año, se encontraron siete en total. Al año siguiente encontramos solo cinco de las siete y esas cinco las volvimos a encontrar al tercer año”, relata Cárdenas, quien añade que esto se explica por el fuerte efecto de los icebergs, los cuales impactan el fondo, removiendo y matando los organismos que viven en el fondo marino.

Según Cárdenas, una de las conclusiones a las que se puede llegar con esta investigación es que “estamos identificando el rol de las esponjas en el ecosistema antártico, algo que sólo sabíamos por extrapolaciones del conocimiento en otras latitudes. Estamos identificando cuáles son estos roles y comenzando a entender cuál es su importancia. Por ejemplo, es sabido que ellas filtran nutrientes y los hacen disponibles para otras especies. Ahora también estamos empezando a entender el rol de las bacterias, su relevancia en el metabolismo de la esponja y ver cómo el microbioma de la esponja se comporta. Esto nos ayuda a entender de qué modo estos organismos que viven en el fondo y que son muy dominantes en el ecosistema antártico, van a responder al escenario de cambio climático”.

Las esponjas son buenos indicadores de los cambios ambientales, ya que son especies marinas que no se mueven y no tienen la capacidad de irse a otros lugares. Por mucho tiempo se pensó que las esponjas iban a ser “perdedoras” en un escenario con alzas de temperaturas. Sin embargo, se está viendo que hay especies que tienen la capacidad de responder. Si estas se viesen afectadas, todos los roles que juegan para el ecosistema y sus funciones que cumplen para otros organismos se perderían. Con estudios como este, se está entendiendo que algunas especies lograrían (al menos en estos rangos de temperatura que están siendo probados) sobreponerse al aumento de la temperatura porque sus bacterias son muy estables y se mantienen en un balance.

De igual manera, estos invertebrados marinos responden a patrones muy específicos. “Con el retroceso de las plataformas de hielo, se han encontrado comunidades de esponjas bien establecidas luego de un par de años, otro paradigma que se ha logrado romper, ya que se pensaba que las esponjas de agua fría eran de crecimiento muy lento, pero ahora sabemos que son muy plásticas, por eso algunas tienen capacidad de responder más rápido porque aprovechan estos eventos. Las esponjas que estudiamos son capaces de resistir a estos cambios, incluso con temperaturas fuera de lo normal que se dan en algunas zonas”, puntualiza Cárdenas.

El desafío a futuro es estudiar cómo reaccionan estas mismas especies en lugares que son más estables. “Por ejemplo, en bahía Margarita la variación de temperatura no parece ser tan fuerte, entonces quizás esas mismas especies, los individuos que están ahí, no tienen la misma respuesta que las que encontramos en las cercanías de Palmer. Este es uno de los temas que abordaremos en un futuro. La parte más difícil ya la logramos, que fue monitorear las mismas esponjas y hay pocos estudios que hacen lo mismo: uno en Carolina del Norte, Estados Unidos, y otro en Nueva Zelandia. Hasta ahora los estudios temporales del microbioma se basan en que se va a muestrear, colectas y luego vas en otra época de nuevo; entonces, tienes una idea de que es temporal, pero no son los mismos individuos. Esa dificultad ya la vencimos y sabemos que funciona. Esperamos volver a hacer algo similar para seguir entendiendo cómo se comportan en diferentes zonas y con distinto grado de variabilidad de temperatura”, concluyó.

Las esporas de algas

Las esporas de algas, también llamadas propágulos, son organismos capaces de desarrollarse por separado para formar una estructura similar al que la creó. Son sistemas de propagación biológica que permiten la proliferación de las especies en diversos ecosistemas.

Los propágulos son altamente vulnerables a cambios ambientales, por lo que se han convertido en un actor importante para vislumbrar lo que podría ocurrir con las poblaciones de algas en un contexto de cambio climático. Aun así, existe escasa información sobre las respuestas que tienen estos elementos ante factores del ambiente.

La respuesta que tienen las esporas frente a condiciones climáticas es estudiada por el doctor Nelso Navarro, investigador de la Universidad de Magallanes (Umag) y del Centro de Investigación Dinámica de Ecosistemas Marinos de Altas Latitudes (Ideal) de la Universidad Austral de Chile (UACh), quien realizó diversos estudios en el Estrecho de Magallanes y Bahía Fildes (Antártica), específicamente en la especie Mazzaella laminarioides e Iridaea cordata.

Uno de los trabajos estuvo relacionado con la tolerancia que poseen los propágulos de distintas ploidía (cantidad de cromosomas) frente al aumento de temperaturas y radiación solar. Si bien las esporas diploides (con juegos completos de cromosomas) son más sensibles a la radiación solar, y los organismos haploides (mitad de cromosomas) a los aumentos de temperaturas, ambos grupos fueron capaces de sobrevivir y desarrollarse bajo condiciones adversas, importante atributo ecofisiológico que podría ser determinante en su capacidad de adaptación al cambio climático.

“Muchas algas poseen dos fases o generaciones independientes (con carga genética distinta: haploides y diploides) que se alternan durante su ciclo vital. La relación entre organismos de estos tipos en poblaciones de algas aún no es bien entendida. Nuestros resultados podrían ayudar a entender la compleja dinámica de la relación de las generaciones haploide y diploide en las poblaciones de algas. Además, los estudios indicarían que en presencia de un factor de estrés al menos un tipo de espora podría sobrevivir y así mantener la población”, comentó Navarro.

Otro de los análisis realizados a estos elementos radica en la radiación ultravioleta y las bajas temperaturas en los mares australes en la capacidad de Iridaea cordata de adaptar su estructura celular. Los resultados mostraron que las bajas temperaturas y la presencia de radiación UV afectaron negativamente la estructura celular y el desarrollo de las esporas de la región de Magallanes.

“Estos resultados son interesantes, debido a que muestran que las algas antárticas están bien adaptadas no solo al frío, sino que también presentarían mayor tolerancia a factores extremos asociados con cambios climáticos globales”, explicó el investigador.

Los estudios sugieren que las bajas temperaturas y condiciones climáticas más “extremas” podrían exacerbar el estrés de propágulos ubicadas en la zona subantártica, mientras que en la Antártica estos organismos podrían adaptarse a efectos adversos como la radiación UV y el aumento de temperatura.

Estromatolitos

Investigadores del Laboratorio de Ecología de la Universidad Nacional Autónoma de México (Unam), Ricardo Mercado Juárez y Alfredo Yánez Montalvo realizaron muestreos en Laguna Amarga, lago Sarmiento y el Parque de los Estromatolitos en Porvenir de microbialitos (más conocidos como estromatolitos), que son depósitos sedimentarios producidos por la actividad de microorganismos, principalmente cianobacterias que son la evidencia más antigua de vida sobre la Tierra.

Lo anterior se enmarca en el proyecto de cooperación internacional “Impactos de la diversidad microbiana de ecosistemas polares frente al cambio ambiental”, de colaboración Chile-México a través de la Agencia Chilena de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AGCID) del Ministerio de Relaciones Exteriores y la Agencia Mexicana de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AMEXCID), y que es coordinada por el jefe del Departamento Científico del Inach, Marcelo González, y por la investigadora del Instituto de Ecología de la Unam, Luisa Falcón.

En una etapa anterior, realizada en febrero de este año en la isla Rey Jorge, Antártica, se recolectaron muestras de tapetes microbianos (biofilms o mat microbianos), junto a su ambiente circundante, en este caso suelos antárticos. Estos tapetes microbianos pueden congregar cientos o miles de especies diminutas. En una película tan delgada es posible encontrar una gran diversidad de microorganismos. Esto hace que los tapetes de la Antártica sean uno de los ambientes más diversos.

Yánez que trabaja con la Dra. Falcón en materia de microbialitos indicó que esta colaboración surgió porque “a los estromatolitos se los asocia mucho con las primeras formas de vida y en su momento fueron destruidas en todo el planeta y ya solo quedan en algunos sitios en el mundo. En el sur de Chile habían algunas que nos llamaban la atención. Tomamos muestras en Laguna Amarga, lago Sarmiento y el Parque de los Estromatolitos en Porvenir”.

De esta manera, las muestras se someten a un estricto análisis de metagenómica, es decir, la secuencia de todo el material genético que contengan las muestras, para su posterior análisis bioinformático colaborativo.

La importancia de contar con estos datos es contribuir a la conservación de estos lugares, poniendo en valor su alta biodiversidad. “Los microbialitos se encuentran en sitios que también son difíciles de acceder o lugares que son de relevancia para las minerías, entonces la protección de estos sistemas es muy relevante. En el caso en particular de la laguna Bacalar, el turismo es una de las principales fuentes de alteración de la calidad del agua, que es una de los aspectos necesarios para el crecimiento de estas estructuras, y a su vez, las comunidades bacterianas son utilizadas como indicadores de respuesta al ambiente”, añade Yánez.