Calentando la sopa oceánica: perspectivas de los efectos del cambio climático en el microbioma marino

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Blog REDUCC, Manuel Ochoa-Sánchez

Manuel Ochoa-Sánchez

Los mares y océanos cubren la mayor parte de nuestro planeta. En ellos habitan innumerables especies, como lo son las ballenas, los delfines y tiburones. Sin embargo, los océanos albergan muchísimos organismos microscópicos, ¡cuya actividad tiene impactos a nivel planetario! Al conjunto de microorganismos (y sus genes) que habitan en el océano se le denomina microbioma marino. El microbioma marino es una categoría genérica en la que se incluyen innumerables bacterias, arqueas y protistas. Dentro del microbioma marino, el fitoplancton es de suma importancia, puesto que representa un regulador del balance atmosférico/climático histórico y contemporáneo. Miles de millones de años atrás, microorganismos fotosintéticos fueron los responsables de alterar la composición de la atmósfera gracias a su innovación respiratoria; “inhalaban” CO2 y “exhalaban” O2. Actualmente, se estima que el fitoplancton marino es responsable del 50% del oxígeno producido a nivel mundial (Giovannoni y Vergin, 2012). En cuanto al secuestro de carbono, la zona con mayor captación es el Océano Antártico, cuyas frías aguas albergan tanto fitoplancton como para secuestrar hasta 40% del carbono anual mundial (Khatiwala et al. 2009).

El microbioma marino está compuesto por organismos capaces de alternar su modo de alimentación, pueden ser autótrofos (por ejemplo, respirar CO2) o heterótrofos (¡tendré que cazar otros microorganismos!). La temperatura puede influir en esta decisión; puede alterar la cantidad de clorofila almacenada, así como la tasa de fotosíntesis activa (Giovannoni y Vergin, 2012). Las condiciones ambientales también influyen mucho en la composición del microbioma marino. Estudios realizados a lo largo del año en diferentes ubicaciones, han concluido la presencia de microbiomas marinos típicos de cada estación del año (Fuhrman et al. 2006; Gilbert et al. 2012).

Efectos del cambio climático en el microbioma marino

El cambio climático está alterando rápidamente la temperatura superficial de los océanos (TSO, desde ahora). Aunado a ello, aunque más lento, es la acidificación del océano, pues parte del CO2 emitido anualmente se disuelve en el mar. En el caso de la acidificación, aún no se cuenta con suficiente evidencia sobre el impacto que podría tener en el microbioma marino. Aunque un aspecto interesante, que podría resolver está interrogante, es la capacidad que varios microorganismos tienen para secuestrar CO2 disuelto y almacenarlo en formas recalcitrantes. Para ello utilizan lipopolisacáridos (componente común de la pared bacteriana), aminoácidos y CO2 (Jiao et al. 2010). Estos productos se acumulan en los lechos marinos, mismos que podrían representar la herencia de estos microbios ante el vertiginoso cambio que están experimentando los mares.

Conforme aumenta la TSO, la separación entre las secciones de la columna de agua aumenta (Lyman et al. 2010). Muchos organismos dependen de las capas más profundas caracterizadas por ser frías y con muchos nutrientes. Una respuesta actual de los microorganismos marinos dependientes de aguas frías es el cambio de distribución hacia las zonas más polares, donde aún el agua es fría. Dado que estos organismos son base de la cadena trófica, su cambio de distribución genera efectos ecosistémicos bottom-up, es decir, la base de la cadena inicia un cambio que afecta a los diferentes eslabones de consumidores y depredadores. 

Por ejemplo, aunque no es un integrante del microbioma, la base de la cadena trófica del Océano Sur: el krill antártico. En los últimos años, su zona de distribución se ha reducido drásticamente a causa del aumento de TSO (Atkinson et al. 2019). Como consecuencia, los peces que se alimentan de ellos cambian su distribución con la respectiva movilización de los depredadores de estos peces. Del mismo modo, los microorganismos afines a las aguas tropicales aumentan su área de distribución. Prueba de ello, la encontramos en el aumento atípico en la abundancia de bacterias Vibrio (algunas de ellas patógenos populares, como Vibrio cholerae) en los cuarenta años comprendidos entre 1960-200 en el mar del Norte (Vezzulli et al. 2012).

El cambio climático está cambiando las condiciones en que los organismos marinos deben vivir. Los microorganismos pueden tener una oportunidad de sobrevivir puesto que sus poblaciones son enormes, así como tienen un tiempo reproductivo breve (¡el microbioma marino se recambia por completo en seis días [Giovannoni y Vergin, 2012]!) y su elevada diversidad genética les permite evolucionar en poco tiempo. En las pocas generaciones en que ocurra la evolución, podrían aparecer mutaciones benéficas adaptativas que se diseminarían rápidamente entre las poblaciones microbianas. Si bien los microorganismos podrían adaptarse a las condiciones cambiantes, no tenemos idea de las consecuencias que las nuevas condiciones ambientales tendrían para nosotros. Seguramente no serían alentadoras y prueba de ello son las sequías extremas seguidas de lluvias torrenciales. Por ello, detener la quema de combustibles fósiles es imperante para nuestra supervivencia y la de muchos otros organismos.

Referencias

  1. Atkinson, Angus, Simeon L. Hill, Evgeny A. Pakhomov, Volker Siegel, Christian S. Reiss, Valerie J. Loeb, Deborah K. Steinberg, Katrin Schmidt, Geraint A. Tarling, Laura Gerrish y Sévrine F. Sailley. 2019. Krill (Euphausia Superba) Distribution Contracts Southward during Rapid Regional Warming. Nature Climate Change 9(2):142–47.
  2. Gilbert, Jack A., Joshua A. Steele, J. Gregory Caporaso, Lars Steinbrück, Jens Reeder, Ben Temperton, Susan Huse, Alice C. McHardy, Rob Knight, Ian Joint, Paul Somerfield, Jed A. Fuhrman y Dawn Field. 2012. Defining Seasonal Marine Microbial Community Dynamics. The ISME Journal 6(2):298–308.
  1. Fuhrman, Jed A., Ian Hewson, Michael S. Schwalbach, Joshua A. Steele, Mark V Brown y Shahid Naeem. 2006. Annually Reoccurring Bacterial Communities Are Predictable from Ocean Conditions. Proceedings of the National Academy of Sciences 103(35):13104–13109.
  2. Giovannoni, Stephen J. y Vergin, Kevin L. 2012. Seasonality in ocean microbial communities. Science 335(6069): 671–676.
  3. Lyman, John M., Simon A. Good, Viktor V Gouretski, Masayoshi Ishii, Gregory C. Johnson, Matthew D. Palmer, Doug M. Smith y Josh K. Willis. 2010. Robust Warming of the Global Upper Ocean. Nature 465(7296):334–37.
  4. Jiao, Nianzhi, Gerhard J. Herndl, Dennis A. Hansell, Ronald Benner, Gerhard Kattner, Steven W. Wilhelm, David L. Kirchman, Markus G. Weinbauer, Tingwei Luo, Feng Chen y Farooq Azam. 2010. Microbial Production of Recalcitrant Dissolved Organic Matter: Long-Term Carbon Storage in the Global Ocean. Nature Reviews Microbiology 8(8):593–99.
  5. Khatiwala, S., F. Primeau y T. Hall. 2009. Reconstruction of the History of Anthropogenic CO2 Concentrations in the Ocean. Nature 462(7271):346–49.
  6. Vezzulli, Luigi, Ingrid Brettar, Elisabetta Pezzati, Philip C. Reid, Rita R. Colwell, Manfred G. Höfle y Carla Pruzzo. 2012. Long-Term Effects of Ocean Warming on the Prokaryotic Community: Evidence from the Vibrios. The ISME Journal 6(1):21–30.

Sobre el autor

Manuel Ochoa-Sánchez

Biólogo por parte del Instituto Politécnico Nacional, con maestría en el INECOL, A. C. En la maestría abordo las bacterias intestinales de la Mosca de la Fruta. Actualmente realiza el doctorado en el instituto de ecología de la UNAM, para determinar el efecto de la alteración climática en las bacterias del plumaje de aves marinas. Su correo electrónico es:  inmanuah.ra@gmail.com


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