Sin nutrientes el fitoplancton marino ni siente ni padece.

Por Cristina Fernández González

Para ponernos en contexto ¿Qué es el fitoplancton marino? Lo podéis conocer en la Figura 1. Son microorganismos que habitan en los océanos de todo el planeta, se mueven a merced de las corrientes y gozan de capacidad autótrofa, es decir, realizan la fotosíntesis ¡Ojo, gracias a esto, el fitoplancton marino nos aporta más de la mitad del oxígeno que respiramos, disminuye en gran medida la concentración de CO2 atmosférico y constituye el primer eslabón de la cadena alimenticia en el océano! No hace falta que enfatice más su importancia…

Fig1

Figura 1. Imágenes de fitoplancton marino visto al microscopio. Imágenes cedidas por Beatriz Reguera.

Pues bien ¿Sabéis si al fitoplancton marino le afecta del mismo modo un aumento de temperatura cuando dispone de nutrientes que cuando no? Vamos a llevarlo a un terreno más personal. Todos hemos pasado por esos calurosos días de verano en la oficina o en el laboratorio, donde parece que todo se te pega, pero… ¿Consideráis que es lo mismo sobrellevar esos días de taaanto calor con un trocito de sandía fresquita o un helado que con el estómago vacío? Lo normal es que no, y del mismo modo, lo normal sería que para el fitoplancton marino tampoco sea lo mismo.

En los tiempos que corren la amenaza del cambio climático nos persigue como una sombra, está en todas partes y hasta la abuela o abuelo más alejado de la gran urbe ha escuchado hablar de él. Entre otras cosas, el cambio climático implica un aumento de temperatura el cual tiene un destacable doble efecto sobre el medio marino. Por una parte, provoca que la superficie se caliente creando una capa más cálida que dificulta la entrada de nutrientes procedentes del fondo. Pero, por otro lado, la temperatura también tiene un efecto directo en los organismos y es que un aumento de temperatura lleva consigo una aceleración del metabolismo. Este fenómeno, que ha sido ampliamente estudiado por la comunidad científica, es una de las bases de la Teoría Metabólica de la Ecología y afecta a procesos tan importantes como reproducción, mortalidad, crecimiento, respiración, etc.

Pero sin duda, el fitoplancton necesita nutrientes. Estos diminutos organismos aprovechan los nutrientes inorgánicos disueltos en el agua para, ayudándose de la energía solar, convertirlos en materia orgánica mediante el famoso proceso denominado fotosíntesis. Ahora bien, los nutrientes están repartidos de manera muy desigual a lo largo de los océanos. Aunque no es una regla absoluta, generalmente las zonas costeras y los polos tienen mayor concentración de nutrientes que las regiones de océano abierto -en la Figura 2 se observa la distribución en la superficie del océano de nitrato, uno de los nutrientes que más necesita el fitoplancton. Además, los nutrientes suelen encontrarse en las partes profundas donde el fitoplancton no los puede aprovechar ya que no dispone de luz solar.

Fig2

Figura 2. Los colores de violeta a rojo, representados en la escala, indican el promedio anual de concentración de nitrato en superficie, en µM, a escala global (fuente: Gledhiir y Buck 2012).

 

Ahora que estamos en contexto, volvamos a la pregunta inicial ¿Creéis que un aumento de temperatura puede tener el mismo efecto para la comunidad fitoplanctónica que habita en una región polar o costera que para la que habita en una región de océano abierto? Pues en esta pregunta el grupo de Oceanografía Biológica de la UVIGO y en concreto yo misma realizando mi tesis doctoral con Emilio Marañón como director, llevamos trabajando unos cuantos años para descubrir que (…redoble de tambor…) no, no afecta de la misma manera.

Hasta hace pocos años, la gran mayoría de ensayos científicos encaminados a comprobar el efecto de la temperatura sobre las comunidades de fitoplancton se habían realizado en laboratorio y bajo condiciones óptimas para estos organismos. Es decir, con suficiente luz y excedente de nutrientes de modo que su crecimiento no se viese limitado en ningún momento. Sin embargo, en 2014, nuestro grupo se propuso realizar una recopilación de resultados procedentes de experimentos realizados en diversas condiciones ambientales, tanto de mar como de laboratorio. Con ello se obtuvieron datos que representaban desde las frías aguas polares ricas en nutrientes hasta las cálidas aguas tropicales pobres en los mismos. Los resultados demostraron que la respuesta metabólica del fitoplancton era mayor en las regiones ricas en nutrientes que en las regiones oligotróficas. En este momento parecía evidenciarse que el papel de los nutrientes tenía mayor peso que el de la temperatura, ya que las altas temperaturas de los trópicos no eran suficientes para acelerar el metabolismo de los organismos fitoplanctónicos si estos seguían limitados por nutrientes. No obstante, se trataba de uno de los primeros avances en el tema y por ello nuestro grupo no dudó en continuar adelante con el debate.

El siguiente paso consistió en someter cultivos de especies representativas de los distintos grupos de fitoplancton repartidos por el océano (una diatomea, un cocolitofórido y una cianobacteria) a distintas temperaturas y distintas concentraciones de nutrientes. En laboratorio empleamos un quimiostato (Figura 3), instrumento que controla a la perfección gran variedad de variables como temperatura, luz, agitación, pH, etc. a la vez que suministra la cantidad exacta de nutrientes programados.

Fig3

Figura 3. Fotografía del quimiostato en laboratorio con cultivo de microalgas en cada una de sus dos cubetas.

Ahora sí podíamos comprobar nuestra hipótesis. No obstante, el tiempo de experimentación fue largo y los resultados fueron publicados este mismo año en una revista del grupo Nature. En la Figura 4 se observa que el grado de sensibilidad a la temperatura de las tres especies de fitoplancton estudiadas es mayor cuando hay nutrientes que cuando no los hay. De modo que, finalmente, podemos afirmar que ¡El efecto de la temperatura solo es notable cuando no existe limitación por nutrientes!

Fig4

Figura 4. Grado de sensibilidad a la temperatura del crecimiento de tres especies de fitoplancton marino, Skeletonema costatum (Scos), Emiliania huxleyi (Ehux) y Synechococcus sp. (Syne) en cultivos sin limitación y con limitación por nutrientes. Fuente: Modificada de Marañón et al. 2018.

Entonces, volviendo a lo terrenal, el calor de agosto debería notarse mucho en nuestro metabolismo, pero si no le damos sustento, en nuestro caso en forma de sandía fresquita y en el caso del fitoplancton en forma de nutrientes inorgánicos, no parece tener ese efecto.

No obstante, ahora que el patrón general está claro, nos gustaría demostrar cuáles son los mecanismos celulares que explican nuestras observaciones. Para ello comenzamos estudiando a Synechococcus, una cianobacteria muy abundante y cosmopolita, y nos adentramos a explorar su aparato fotosintético. Viajamos a Southampton y colaboramos con el National Oceanography Centre donde, con la ayuda de Thomas Bibby y su equipo, aprendimos la técnica Western Blot. Esta técnica nos permitió detectar dos proteínas clave del proceso fotosintético, la D1 (presente en la fase lumínica de la fotosíntesis) y la RuBisCo (presente en la fase oscura).

Los resultados -representados en la Figura 5- demuestran que ambas proteínas son más abundantes al incrementar la concentración de nutrientes, en cambio, solo la abundancia de la D1 responde al aumento de temperatura ¿Qué significa esto? Estudiando su comportamiento parece que, con el aumento de temperatura, la RuBisCo incrementa su actividad mientras que la D1 incrementa su abundancia. Esto se explica porque ambas proteínas son requeridas en partes iguales, de modo que si la RuBisCo “trabaja” más también necesita más energía de la D1, forzando a esta última a incrementar su abundancia para poder soportar la demanda fotosintética de la célula. Como en cualquier puesto de trabajo, si en hora punta los empleados no trabajan rápido, se necesitan más para realizar la tarea.

Fig5

Figura 5. Efectos interactivos de la temperatura y el suministro de nutrientes sobre las proteínas fotosintéticas A) abundancia de RuBisCo y B) abundancia de D1. Fuente: Fernández et al. En preparación.

En conclusión, un aumento de temperatura implica un aumento en la tasa metabólica de los organismos fitoplantónicos siempre y cuando estos dispongan de nutrientes. En ese caso, las células parecen invertir más recursos en la fase lumínica de la fotosíntesis que en fabricar RuBisCo ya que ésta, y hablando con poca rigurosidad científica, se acelera sola con el calorcito. Así ¡con escasez de nutrientes el fitoplancton ni siente ni padece el calor de agosto!

Por nuestra parte seguimos avanzando en la investigación. Intentaremos comprobar esta hipótesis para más especies de fitoplancton y encarar el problema desde distintos enfoques a fin de comprender mejor cómo se comportan estos diminutos organismos para adaptarse a los grandes cambios que sufre el planeta.

Referencias

Gledhiir M, Buck KN (2012) The organic complexation of iron in the marine environment: A review. Front Microbiol 3:1–17

Marãnón E, Cermeño P, Huete-Ortega M, López-Sandoval DC, Mouriño-Carballido B, Rodríguez-Ramos T (2014) Resource supply overrides temperature as a controlling factor of marine phytoplankton growth. PLoS One 9:20–23

Marañón E, Lorenzo MP, Cermeño P, Mouriño-Carballido B (2018) Nutrient limitation suppresses the temperature dependence of phytoplankton metabolic rates. ISME J 12:1836–1845

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Un Comentario

  1. fitoplancton si es que es un microorganismo de mucha utlidad en nuestro planeta, muy buena la explicacion sobre como afecta su desempeño con el cambio climatico, si que estamos generando cambios en nuestro planeta

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