Un nuevo estudio liderado por un equipo científico del Institut de Ciències del Mar (ICM) de Barcelona ha revelado que el ambiente influye en gran medida en la evolución de los depredadores de las bacterias del océano, esenciales para el reciclaje de nutrientes. Estos microorganismos se sitúan en la base de las redes tróficas marinas, con lo que un aumento de la temperatura del agua podría tener diversos efectos difíciles de predecir sobre toda la comunidad marina.

Un nuevo estudio liderado por un equipo científico del Institut de Ciències del Mar (ICM) de Barcelona que ha contado también con la participación de investigadores e investigadoras de Noruega, Francia y Estados Unidos, ha revelado que el ambiente es clave en la evolución de los depredadores de las bacterias del océano, microorganismos eucariotas unicelulares que son esenciales para el reciclaje de nutrientes que serán aprovechados por los niveles superiores de las redes tróficas marinas.

En concreto, el trabajo, publicado esta semana en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences, constata que la temperatura del agua y el tipo de presas disponibles para estos depredadores influyen en gran medida en su evolución, habiendo contribuido ello a la aparición de especies diferentes dentro de una misma familia.

“Los resultados sugieren que estos depredadores unicelulares han evolucionado de una manera similar a los pinzones de Darwin en las islas Galápagos a partir de un ancestro común, adaptándose a diferentes temperaturas del océano o a diferentes dietas”, expone Ramiro Logares, investigador del ICM y autor responsable del estudio.

Los resultados ponen de manifiesto la importancia de conocer la ecología y la evolución a nivel de especie de este tipo de organismos, algo que no es especialmente fácil teniendo en cuenta que la mayoría no se pueden cultivar en el laboratorio, lo que dificulta mucho su estudio.

Entre los microorganismos todavía no cultivados se encuentran la mayoría de los eucariotas unicelulares con capacidad depredadora –los estudiados en este trabajo-, que se consideran esenciales en el océano porque establecen interacciones depredador-presa en la base de la red trófica marina. Estos microorganismos suelen estar catalogados dentro del mismo grupo funcional pese a tener ecologías e historias evolutivas diferentes.

“Aparte de la dificultad añadida para obtener un genoma de calidad, sin un cultivo es extremadamente complicado probar cualquier tipo de hipótesis que requiera el estudio de un organismo bajo diferentes condiciones ambientales”, apunta Francisco Latorre, también investigador del ICM y primer autor del estudio.

Para la elaboración del trabajo, el equipo investigador estudió cuatro especies pertenecientes a la misma familia de organismos no cultivados obtenidas de muestras de agua tomadas durante las expediciones globales Malaspina y Tara Oceans, ambas celebradas entre los años 2009 y 2013. Durante estas expediciones se recogieron miles de muestras de microorganismos de todos los océanos del mundo.

Para su análisis, se utilizaron diversas técnicas como la Genómica de Células Individuales (Single-Cell Genomics, en inglés), el código de barras de especies (metabarcoding), la metagenómica y la metatranscriptómica. Posteriormente, los investigadores se sirvieron de la bioinformática para determinar el genoma de estas especies, desvelar su potencial metabólico y la distribución y expresión de sus genes en el océano global.

El objetivo era determinar las diferencias genómicas entre las especies estudiadas, pues estas podrían ser clave para conocer las adaptaciones metabólicas que han experimentado estas especies y las relaciones que existen entre las adaptaciones y sus distribuciones biogeográficas. Para esto último, el equipo investigador llevó a cabo una recomposición de los genomas de estas cuatro especies de depredadores de bacterias.

“Cuando descubrimos la existencia de esta familia de depredadores de bacterias a través de la secuenciación ambiental hace más de 20 años, no podíamos imaginar que llegaríamos a conocer con este nivel de detalle los genomas, biogeografías e historias evolutivas de las distintas especies que forman la familia», añade Ramon Massana, otro de los investigadores del ICM que han participado en el trabajo.

Los resultados de este estudio pueden tener implicaciones en el entendimiento de los efectos del cambio global sobre los microorganismos del océano y, por ende, pueden afectar al resto de organismos marinos. Según el equipo investigador, un incremento de las temperaturas del océano podría cambiar las distribuciones geográficas de estos depredadores, teniendo ello potenciales efectos difíciles de predecir en la base de las redes tróficas marinas.

Por ello, de cara a futuras investigaciones, los autores intentaran ahondar en el estudio de las diferentes poblaciones de estos depredadores en el océano global y en una serie temporal utilizando datos de metagenómica en conjunto con el análisis de variantes de nucleótidos. Esto les permitirá entender los posibles cambios adaptativos a nivel de genes que dan lugar a diferentes poblaciones.

Artículo de referencia

Latorre, Francisco, Ina M. Deutschmann, Aurélie Labarre, Aleix Obiol, Anders K. Krabberød, Eric Pelletier, Michael E. Sieracki, Corinne Cruaud, Olivier Jaillon, Ramon Massana, and Ramiro Logares. 2021. Niche adaptation promoted the evolutionary diversification of tiny ocean predators. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118 (25).

Elena Martínez / Divulgación y Comunicación ICM-CSIC

Instituto de Análisis Económico (IAE)

Distribución de las cuatro especies estudiadas de MAST-4 (especies A, B, C y E) en la superficie del océano. Los puntos rojos señalan las estaciones muestreadas de la expedición Malaspina mientras que las gráficas circulares indican la abundancia relativa de cada especie estudiada en cada una de las estaciones investigadas. La gráfica de arriba a la derecha muestra una red de asociaciones entre cada una de las especies (convivencia o co-exclusión). El ancho de las conexiones indica la fuerza de la asociación. El color de fondo sobre el océano indica la especie más abundante en cada región. Las flechas indican áreas donde hay cambios importantes en la abundancia de las especies. Hay que destacar que las especies más abundantes, A y C, alternan en predominancia en grandes regiones oceánicas.