Relato de una marea roja en Tenerife

El catamarán Bonadea 2. Fuente: BONADEA II

El pasado 13 de julio me llegó un comentario vía facebook de Alejandro Escánez, que trabaja en la actualidad con cefalópodos en su tesis doctoral y a quien conocí en el IEO de Canarias.

Alex compartía una curiosa imagen de agua de mar teñida de color rosado en el sur de Tenerife, preguntando si alguien tenía pistas sobre qué podía ser…descartando al Clipper de fresa y otras hipótesis igual de divertidas.

La muestra pertenecía al catamarán “Bonadea 2“, de la empresa BONADEA II, con sede en Playa de Las Américas, que organiza excursiones de avistamientos de cetáceos en el sur de Tenerife.

Aquí les dejo un enlace al vídeo de BONADEA II sobre la recogida de la muestra a primera hora de la tarde del 12 de julio. Inicialmente la botella tenía este aspecto, con unos calderones al fondo…

Y ahora vean el estado final de la misma muestra pocas horas después…

En los comentarios de facebook sugerimos un poco de todo pero no dimos con el organismo en cuestión e incluso se llegó a sospechar de algún contaminante vertido al mar. Para confirmar a ciencia cierta de qué se trataba era necesario observar una muestra al microscopio.

Y así fue como llegaron a su identificación Nereida Rancel y colaboradores, de la Universidad de La Laguna. Nadie mejor que la propia investigadora, a la que reitero mi agradecimiento por participar en esta entrada y explicarnos la naturaleza de esta marea roja.

Hablemos con ella pues !!

Nereida Rancel accedió amablemente a contestar varias cuestiones que transcribo aquí en su totalidad. La primera que le planteé fue una introducción personal sobre su formación y trayectoria científica:

“Mi nombre es Nereida Rancel, desde mayo del 2017 soy investigadora post doctoral del grupo de BOTMAR en la Universidad de La Laguna con la investigadora principal Dra. Marta Sansón (departamento de Biología Vegetal, Ecología y Fisiología Vegetal), donde estoy contratada con cargo a un proyecto de investigación. En 2004 me licencié en Biología especialidad Marina. Fue en el 2005 cuando comencé a investigar con macroalgas en este mismo grupo, donde obtuve la suficiencia investigadora en botánica marina en 2008, así como el DEA estudiando un alga roja llamada Pterocladiella melanoidea.

En el 2010, me contactó el Dr. Guillermo García Reina para ir a trabajar al Banco Español de Algas (BEA). Ese mismo año, realicé una estancia de formación en la Colección de microalgas y protozoos de la Universidad de Colonia (CCAC) en el grupo del Dr. Michael Melkonian, y fue en ese momento donde el Prof. Melkonian me propone ser alumna de doctorado de su grupo. Durante 5 años dividí mi trabajo y mi vida en la colección de microalgas del BEA (Gran Canaria) y mi tesis doctoral en Alemania. Dejé mi trabajo en la colección BEA en 2015, para centrarme en la escritura de la tesis y su defensa, y me mudé definitivamente a Colonia. El 30 de mayo de 2016 defendí mi tesis doctoral en la Universidad de Colonia que trataba de la filogenia, sistemática y evolución de cianobacterias (Nostocales).”

¿Cuándo y cómo te llegó la noticia de esta mancha en el mar?

La marea roja de Tenerife (15 de julio 2017). Autor: J. Reyes

“Fue en junio (tercera semana) cuando la noticia me llegó por mensajes de amigos, el grupo de BOTMAR llegábamos de realizar nuestro trabajo de campo en la Gomera. Era una circular que decía que se cerraban algunas playas con motivo de una macroalga tóxica. Al día siguiente la viceconsejera de medioambiente dio la noticia en los medios, se trataba de un Bloom de Trichodesmium erythraeum, el caso es que, a pesar de la noticia, la gente siguió especulando sobre si eran manchas de vertidos de emisarios (¡qué no digo que no haya un problema con los mismos!), sedimentos en el mar o incluso polen!

En las redes sociales pasaba algo parecido, fotos sobre qué podía ser…pero no habíamos podido observar la muestra al microscopio y la curiosidad nos invadía, seguro que entiendes a qué me refiero, jajajaja”

¿Fuiste tú misma a recoger las muestras? ¿dónde y cómo fue el muestreo?

“El sábado 15 de julio, fui a trabajar en la costa de Teno a los Gigantes en zodiac junto con la Dra. Marta Sansón y el Dr. Javier Reyes, la mancha abarcaba toda la costa, zonas más densas que otras. La morfología de la mancha recordaba a la de Trichodesmium, flotando y con aspecto pajizo…así que sin dudarlo cogí una muestra, y Javi sacó fotos y videos.

La recolección de muestras planctónicas tiene un protocolo con red de plancton entre otros, pero lamentablemente en ese momento no teníamos los utensilios necesarios…así que con un bote y mi mano la cogimos (jajajaja).

La marea roja de Tenerife (15 de julio 2017). Autor: J. Reyes

Llegamos del campo sobre las 6 de la tarde, aunque sospechábamos de qué se trataba, la curiosidad nos pudo…así que fuimos al departamento a mirarla al microscopio…y efectivamente seguía siendo Trichodesmiun erythraeum.”

¿Habías visto otras manchas parecidas antes? ¿Cómo la describirías?

“Pues sí, desde el 2004 las había visto desde la playa y leído sobre ellas en los periódicos, pero fue en el 2010, desde el BEA que la empezamos a observar cada verano aproximadamente…
La mancha está flotando en la superficie, tiene color marrón pajizo, y cuando la tocas se disipa, abriéndose…ahí es cuando puede observarse su similitud con las hebras de heno, pero en miniatura. (¡obviamente!).”

El responsable de la marea roja al microscopio: Trichodesmium erythraeum. Autor: J. Reyes

¿Cómo identificaste de qué organismo se trataba?

“Cuando se observa con detalle la superficie del agua donde están presentes se pueden distinguir pequeños agregados en forma de diminutas agujas, característicos de las colonias que forman. Cada filamento contiene una media de unas 100 células.

En el microscopio, esta microalga forma unas colonias filamentosas, con tricomas rectos en grupos cubiertos por un fino mucílago, presentan un color marrón rojizo, en este caso medía unos 6-8 micras de ancho, en los extremos atenuados células terminales alargadas e hialinas, o en los no atenuados, sólo con una célula terminal redondeada o estrechada, sin vainas firmes.

Imagen con más aumentos de Trichodesmium erythraeum. Autor: J. Reyes

Presentan aerocistes (vesícula cargada de aire que ayuda en la flotación) en el interior de las células, lo que le confiere capacidad para flotar y migrar con la columna de agua.
Igualmente había aprendido a reconocerla por sus caracteres morfológicos con el Prof. Melkonian y la Dra. Barbara Melkonian en el Banco Español de Algas en el 2011.”

¿Cuáles son los datos principales que nos puedes comentar sobre esta especie y de por qué colorean así el mar sus proliferaciones?

“Tal y como te comenté en otra pregunta, estas cianobacterias son marrón/rojizas y forman capas flotantes en la superficie. Existen estudios desde la NASA en las costas de Florida por un problema parecido, donde concluyeron (entre otros) que el afloramiento se ve favorecido por un incremento de hierro en el agua a causa del polvo del Sahara.

Lo que pasa en la zona de Canarias es que, en épocas de calima, donde el Alisio no sopla y las temperaturas son altas, se dan las condiciones perfectas para que se dé el afloramiento de Trichodesmium, pues la calima viene cargada de polvo del Sahara rico en hierro, como no hay viento se deposita en grandes cantidades en las costas canarias, que unido a la temperatura del agua en esta época del año forman un caldo de cultivo ideal para esta el afloramiento de esta cianobacteria. Después del afloramiento, las cianobacterias mueren, y las aguas lucen entre rojas y marrones durante un tiempo, liberan la ficoeritrina (pigmento rojo) al mar, tiñéndolo de rojo y los filamentos se quedan de color verde pues queda a la vista el pigmento verde (clorofila).”

¿Tiene algo que ver con tu trabajo en este momento, o si no, cuáles son tus intereses/proyectos actuales?

“En cierta manera sí, y no…mi contrato actual es para el estudio y análisis de distribución histórica y distribución actual de las especies Cystoseira abies-marina, Cystoseira tamariscifolia y Cystoseira mauritanica en la provincia occidental canaria para la toma de decisiones en la elaboración de sus planes de recuperación, pues este es otro problema de las costas canarias que requiere especial interés. Pero dado mi campo de especialización en algas, otro de mis intereses es el de la biodiversidad, filogenia, sistemática y evolución de cianobacterias…especialmente las Canarias, pues son un grupo de algas de alto interés por su capacidad de sintetizar toxinas y otros metabolitos secundarios, y hasta ahora un grupo bastante desconocido en nuestras islas, así que junto con la Dra. Marta Sansón y dos investigadores expertos en este campo, de la Universidad Internacional de Florida (Dr. Niclas Engene y la Dra. Ana Tronholm) estamos pidiendo proyectos para poder abrir esta interesante línea de investigación.”

Espero que les haya gustado esta entrevista tanto como a mí ! Nereida nos ha facilitado cantidad de información interesante que servirá para salir de dudas la próxima vez que alguien descubra otro fenómeno similar.

El Mar Rojo. Autor: NASA. Fuente: Earthweek

Por mi parte sólo querría añadir una curiosidad.

El Mar Rojo se cree que podría deber su nombre a las proliferaciones estacionales de esta misma cianobacteria. Los griegos conocían a dicho mar como “Erythra Thalassa” (literalmente Mar Rojo).

Pero esto no pasa de ser una hipótesis. Además, la descripción del color en los textos de la antigua Grecia era distinta a la actual ya que ésta difiere según la cultura.

Por eso, aunque los antiguos griegos veían los colores igual que nosotros, ellos no usaban el azul para hablar del cielo o el mar. El poeta Homero describía el mar como púrpura, blanco o del color del vino. Lo aprendí leyendo “El ojo desnudo” (Antonio Martínez Ron, 2016). Y si están interesados encontrarán una discusión detallada sobre el término “Mar Rojo” en Abarim Publications. Hasta la próxima entrada !

Agradecimientos:

A la empresa Bonadea II por acceder a compartir imágenes e vídeos en esta entrada, a Álex Escánez por darme a conocer el fenómeno y especialmente a Nereida Rancel y Javier Reyes por la entrevista y el material gráfico, respectivamente.

 

De repente la ciguatera

Antes de escribir pensé: ¿cuántas veces he tratado sobre ciguatera y Gambierdiscus? Y encontré hasta 7 entradas, la primera de ellas sobre G. excentricus“Una especie nueva en Canarias” (Fraga y col. 2011), y la última “La isla de arena”.

Hoy llega la nº8, a propósito de varios artículos sobre ciguatera en medios de comunicación nacionales y también de una nueva publicación de nuestro grupo del IEO de Vigo (Rodríguez y col. 2017).

¿A qué viene tanta atención en la prensa? Pues no lo sé. Una intoxicación grave sí sería noticia, pero tal cosa no ha sucedido en estos días, que sepamos. Aunque es verdad que la ciguatera es un riesgo emergente en Canarias muy presente en las autoridades sanitarias, pescadores locales y sociedad en general.

Fuente: AECOSAN

Los brotes de ciguatera en Europa durante la última década (en Canarias y en Alemania, aunque en este país por pescado importado), han despertado el interés de autoridades e investigadores >>> y las consecuencias del control obligatorio de ciguatoxinas previo a la venta del pescado que sobrepasa los límites de peso en especies de riesgo (medregal, mero, etc), preocupan cada vez más a las cofradías de pescadores de Canarias <<<

En el área de investigación encontramos al proyecto europeo EuroCigua (cofinanciado por la EFSA y coordinado por la Agencia Española de Consumo, Seguridad Alimentaria y Nutrición: AECOSAN), y a nivel nacional el proyecto CICAN de nuestro grupo (finalizado en 2016). Además, el pasado 10 de marzo comenzó el proyecto MIMAR, con financiación del programa MAC 2014-2020 de cooperación territorial de la UE (INTERREG), en el que se estudiará también Gambierdiscus en la región de la Macaronesia.

El boom en prensa lo desató el diario ABC el 24 de junio con “La ciguatera, el «nuevo anisakis» que llega al pescado europeo”, bajo el epígrafe “CAMBIO CLIMÁTICO” y con el segundo titular de “Europa investiga la expansión de una toxina en el mar Mediterráneo y el océano Atlántico, típica del Caribe, que causa intoxicaciones alimentarias”.

Conste que el contenido del artículo era bastante acertado. Pero usar algo que el público conoce (parásito Anisakis) para explicar luego otra cosa que no tiene nada que ver (microalga Gambierdiscus) confunde mucho.

Gambierdiscus fotografiado a 400 aumentos. Autor: F. Rodríguez

Enganchar al lector con un titular atractivo no es malo siempre que ello no suponga olvidarse de un mínimo de rigor. Porque luego queda la sensación de una serpiente de verano, o algo peor, un “clickbait”: contenidos sin interés con un titular impactante (que no era el caso pero…).

Lo cierto es que ABC consiguió arrastrar la atención del público a la vista de la cascada de artículos y entrevistas en otros medios de comunicación y webs diversas. La mayoría, todo hay que decirlo, fueron certeros en la presentación y explicación de la ciguatera, clamando al cielo de paso por meter al parásito Anisakis de por medio.

Les recomiendo los artículos de Miguel A. Lurueña en El País (“La ciguatera no es el nuevo Anisakis”), Marián García en “Boticaria García” (Ciguatera: 7 claves de la “nueva” intoxicación por pescado”), Maika Ávila en La Ser (“Por qué la ciguatera no es el nuevo Anisakis?”), o Javier Peláez en Yahoo Noticias con el definitivo “Ciguatera, Anisakis…¿alguien me puede aclarar qué está pasando?.

Entre los que patinaron sobre este tema destaca el diario La Vanguardia con dos artículos titulados “Ciguatera, la toxina que afecta como el anisakis amenaza al pescado europeo” y ¿Se convertirá la ciguatera en la próxima crisis alimentaria?

Finalmente, también consultaron desde los medios a dos colegas míos del IEO de Vigo: Isabel Bravo en “Esto me suena. Las tardes del Ciudadano García” de Radio 5 (a partir del minuto 43) y Santi Fraga en La Voz de Galicia: “La ciguatera preocupa en las Canarias”.

Antes de continuar vamos a aislar una célula de Gambierdiscus para cultivarla en el laboratorio. Para ello podemos usar un capilar de vidrio y succionar suavemente al otro extremo mientras la tenemos localizada bajo el microscopio, tal que así…!!

No insistiré otra vez en explicar qué es la ciguatera, sus causas y síntomas. Creo que ya es de sobra conocida por los lectores del blog y esa información la encontrarán fácilmente en entradas antiguas y en muchos de los artículos ya citados.

Lo que aclararé son 4 asuntos sobre ciguatera, Canarias y Gambierdiscus ya que de él proceden las toxinas y porque esto va de algas como ustedes saben, queridas y queridos lectores. Vamos allá…

1/4: no se han registrado casos de ciguatera en el Mediterráneo…Lo que sí es cierto es que se han encontrado células de Gambierdiscus, al menos en el Mediterráneo oriental, como la isla de Creta (Aligizaki & Nikolaidis, 2008).

2/4: no se puede confirmar una relación, a día de hoy, entre el cambio climático y la ciguatera en Canarias, ni tampoco con Gambierdiscus…Aquí me extenderé.

En costas rocosas como el norte de Tenerife (Punta del Hidalgo) viven las poblaciones de Gambierdiscus adheridas sobre macroalgas en charcas intermareales. Autor: F. Rodríguez

La idea de relacionar cambio climático y Gambierdiscus en Canarias es tentadora. Los primeros casos de ciguatera se confirmaron en 2004 y luego han surgido nuevos brotes afectando a un total de 108 personas hasta 2016 según los últimos datos publicados por el Servicio Canario de la Salud (Gobierno de Canarias). Sin embargo, a pesar del paulatino aumento de temperaturas y la tropicalización observada en ecosistemas marinos, las condiciones ambientales de las “Islas Afortunadas” ya eran propicias en tiempos de nuestros “tatara-tatarabuelos” para el desarrollo de Gambierdiscus.

Inciso…En invierno en Canarias la temperatura del mar puede bajar hasta los 18ºC y aunque en el laboratorio algunas especies lo soportan, si tuvieran pies los sacarían del agua !! demasiado fría para desarrollar sus poblaciones. Los rangos óptimos y subóptimos de crecimiento en Gambierdiscus suelen estar entre 20-30ºC y las zonas endémicas de ciguatera en el Caribe y Pacífico en zonas tropicales y subtropicales son más cálidas que Canarias.

Durante el resto del año las temperaturas permiten un crecimiento óptimo de Gambierdiscus y lo que sabemos de sus poblaciones en Canarias gracias al proyecto CICAN sugiere una presencia antigua y no una reciente invasión.

Me baso en nuestro trabajo (Rodríguez y col. 2017) que ha detectado la presencia de Gambierdiscus en las 5 islas que muestreamos y la existencia de al menos 5 especies, posiblemente 6.

Según los datos genéticos dominaban 2 de ellas en particular: G. excentricus y G. australes. Las demás, G. silvae, G. caribaeus y G. carolinianus eran minoritarias…

Esta diversidad sobre todo es lo que sugiere que no estamos ante una introducción reciente. Resulta además que la proporción de peces con ciguatoxinas detectados en los análisis realizados en la ULPGC entre 2011-14 (Bravo y col. 2015) fue mayor en las islas orientales (12 positivos por ciguatoxinas en Fuerteventura/Lanzarote/Gran Canaria y sólo 5 en las occidentales para un total de 197 muestras). Curiosamente, en Fuerteventura y Lanzarote encontramos también las abundancias más altas de Gambierdiscus en nuestro estudio (>4.000 células/gramo de macroalgas).

Sin embargo, en el extremo occidental del archipiélago, durante un concurso internacional de fotografía submarina (Fotosub, octubre 2016) se descubrió en el puerto de La Restinga (El Hierro) una proliferación de Gambierdiscus (G. caribaeus, 10.000 céls/gr macroalga).

A raíz de ello, después de recibir un informe del BEA, el ministerio correspondiente (MAGRAMA) prohibió de modo cautelar la pesca recreativa desde el puerto de La Restinga y aguas exteriores en la reserva marina Punta de La Restinga-Mar de Las Calmas (La Opinión, 11-XI-2016). La proliferación se descubrió primero sobre colonias de cnidarios (Halecium sp.) que presentaban un sospechoso tono marrón. Aquí tienen un enlace al artículo: no se pierdan las magníficas imágenes de Soler-Onís y col. (2016).

Gambierdiscus australes al microscopio electrónico de barrido (MEB). Autor: S. Fraga

Poco se puede concluir a día de hoy sobre las tendencias de las poblaciones de Gambierdiscus, sus cambios a lo largo del año e incluso la variabilidad que introducimos nosotros mismos en los muestreos: los contajes celulares de organismos planctónicos son más “fiables” que los bentónicos.

Los primeros se refieren a un volumen de agua determinado en el que se encontraban las algas. Pero en el caso de los dinoflagelados bentónicos, epífitos sobre toda clase de macroalgas, no es fácil obtener datos cuantitativos precisos e intercomparables ya que se expresan en función del peso de la macroalga (húmeda generalmente), tras agitarla, liberar la mayor cantidad posible de epífitos y filtrar el agua resultante para contar luego las células al microscopio…

3/4: algunos de los casos de ciguatera en Canarias podrían ser debidos a poblaciones locales de Gambierdiscus…pero aún no se ha confirmado una relación directa entre ambos.

La mayoría de casos de ciguatera (∼60%) han sido provocados por consumo de medregales de gran tamaño capturados mediante pesca deportiva, especies de aguas cálidas que no están presentes durante todo el año en Canarias.

Pero esto ha cambiado desde 2012 >>> Desde entonces las intoxicaciones se han debido a otros pescados como el mero (Ephinephelus sp.), de costumbres sedentarias y que sí habría adquirido las toxinas alimentándose en las islas <<< Además, los 4 casos de ciguatera en 2016 se han debido a un mero de tan sólo 7 kilos (Tenerife) y un bocinegro de 4.5 kg (La Palma).

En esta magnífica mini-guía encontrarán más información sobre la ecología y hábitat de los peces en Canarias, incluyendo a las especies relacionadas con brotes de ciguatera. Fuente: Gobierno de Canarias

Lo que sí es cierto es que el calentamiento climático podría contribuir a aumentar las poblaciones de Gambierdiscus y/o la incidencia de la ciguatera en Canarias en el futuro, dado que extenderá en teoría las condiciones favorables para el crecimiento de estos organismos especialmente durante el invierno.

No obstante, dichos efectos repercutirán a todos los niveles. El ecosistema bentónico en su totalidad se verá afectado por esos cambios ambientales y nada se sabe de la potencial asociación entre Gambierdiscus y ciertas especies de algas u otros sustratos.

Por ejemplo, sería interesante estudiar cómo afectarán los cambios en las poblaciones de macroalgas, que pueden estar asociados al calentamiento climático, tal y como citaron Sangil y col. (2012) en un estudio en fondos submareales de Canarias que detectó la rápida expansión y colonización de diversos sustratos por especies efímeras (clorofíceas y cianofíceas). Esta expansión se observó más intensa en las islas occidentales con temperaturas del agua superiores en relación a las orientales.

En conclusión: los cambios en las comunidades bentónicas, especialmente de macroalgas debidos al calentamiento climático o actividades humanas, podrían tener a su vez efectos positivos o negativos sobre las poblaciones de Gambierdiscus.

Gambierdiscus toxicus. Fuente: Adachi & Fukuyo (1979)

4/4: Gambierdiscus toxicus no produce ciguatoxinas…En infinidad de noticias, cuando se refieren a Gambierdiscus, lo ilustran con una imagen de G. toxicus. Normal, suena tóxico y además fue la primera especie descrita del género. Pero para empezar, esta especie no se ha encontrado en Canarias.

G. toxicus fue descrito en 1979 por investigadores japoneses en las islas Gambier (Polinesia Francesa). Pero con el paso del tiempo y la acumulación de datos en nuevos estudios, otro grupo de investigadores (Litaker y col. 2009) llegó a la conclusión de que la descripción original incluía una mezcla de diversas especies.

Estos autores redefinieron G. toxicus basándose en unas características morfológicas restringidas y el análisis posterior de toxinas en las nuevas cepas de G. toxicus demostró que no producían ciguatoxinas, que son las toxinas relacionadas con la ciguatera…

En cambio, dichas cepas sí producían otro tipo de toxinas: las maitotoxinas, más potentes que las ciguatoxinas, pero que no se han relacionado con la ciguatera, por el momento

Gambierdiscus excentricus al microscopio electrónico. Autor: S. Fraga. Fuente: Fraga y col. (2011)

Así que para ilustrar futuras noticias sobre ciguatera y Canarias, sugeriría que seleccionen especies que sí aparecen en Canarias.

Entre todas el mejor ejemplo sería G. excentricus, ya que se trata de una de las especies más tóxicas que se conocen. Un estudio reciente sobre el contenido de ciguatoxinas en 13 cultivos (Pisapia y col. 2017) concluyó que una cepa de G. excentricus de Canarias era unas 30 veces más tóxica que cualquiera de las demás !!

Referencias:

-Adachi R. & Fukuyo Y. The thecal structure of a marine toxic dinoflagellate Gambierdiscus toxicus gen. et sp. nov. collected in a ciguatera-endemic area. Jap. Soc. Sci. Fish. Bull. 45:67-71 (1979)
-Aligizaki K. & Nikolaidis G. Morphological identification of two tropical dinoflagellates of the genera Gambierdiscus and Sinophysis in the Mediterranean Sea. J. Biol. Res. 9: 75-82 (2008)
-Bravo J. y col. Ciguatera, an Emerging Human Poisoning in Europe. J Aquac Mar Biol 3(1): 00053. DOI:10.15406/jamb.2015.03.00053(2015)
-Fraga S. y col. Gambierdiscus excentricus sp. nov (Dinophyceae), a benthic toxic dinoflagellate from the Canary Islands (NE Atlantic Ocean) Harmf. Algae 11:10–22.  (2011)
-Litaker y col. Taxonomy of Gambierdiscus including four new species, Gambierdiscus caribaeus, Gambierdiscus carolinianus, Gambierdiscus carpenteri and Gambierdiscus ruetzleri (Gonyaulacales, Dinophyceae). Phycologia 48:344-390 (2009)
-Pisapia F. y col. Toxicity screening of 13 Gambierdiscus strains using neuro-2a and erythrocyte lysis bioassays. Harmf. Algae 63:173-183 (2017)
-Rodríguez F. y col. Canary Islands (NE Atlantic) as a biodiversity ‘hotspot’ of Gambierdiscus: Implications for future trends of ciguatera in the area. Harmf. Algae 67:131-143 (2017)
-Sangil C. y col. Changes in subtidal assemblages in a scenario of warming: Proliferations of ephemeral benthic algae in the Canary Islands (eastern Atlantic Ocean) Mar. Environ. Res. 77:120-128 (2012)
-Soler-Onís M. y col. Bloom of Gambierdiscus caribaeus in the temperate-subtropical waters of El Hierro, Canary Islands (North East Atlantic). HAN 55:14-17 (2016)

Qué te llevarías a un planeta desierto?

“The planet Mars took me home, and I never came back”.

(Ray Bradbury: “NEA Big Read”, 2008)

La llegada del hombre a Marte es algo que si nada se tuerce contemplaremos en los 2030’s. Al menos ese es el objetivo fijado por la NASA. Las tecnologías que harán posible el transporte, comunicaciones y fuentes de energía están en diferentes fases de desarrollo. La duración estimada de la misión será de unos 1.100 días.

El rover “Sojourner”, de la misión Pathfinder, aterrizó en Marte en 1996 y estuvo operativo unos 9 meses. Fuente: NASA

La topografía de Marte ya ha sido mapeada con precisión, así como el agua helada bajo la superficie e incluso posibles cursos estacionales de agua salada. Los vehículos motorizados (rovers) enviados por la NASA desde hace 20 años (SojournerSpirit) y los que aún trabajan en el planeta Rojo (Curiosity, Opportunity), han medido la radiación a la que estarán expuestos los astronautas durante el viaje y su estancia en Marte, tomando datos esenciales para que la nave tripulada descienda y aterrice con seguridad.

China y Canadá planean enviar rovers a Marte en los próximos años. Y en 2018 el “Insight” (NASA) y en 2020 el “Exomars” (ESA) continuarán los estudios geológicos y químicos. En concreto la misión de la ESA tendrá como objetivo rastrear la existencia de vida microbiana en la superficie o el subsuelo.

Sin embargo, para que la exploración espacial y nuestra supervivencia en un ambiente extremo no sean una quimera, necesitamos un hábitat sostenible ecológicamente controlado.

Y para ello serán imprescindibles las plantas superiores y las algas…

Matt Damon cultivando patatas en “The Martian” (2015). Si quieren saber más de la ciencia (real y ficción) de esta película visiten Hipertextual

Necesitamos recrear un ecosistema lo más autosuficiente posible, que absorba las fuentes de energía y nutrientes disponibles, reciclando al máximo los desechos, y produciendo alimentos, moléculas y compuestos útiles para los primeros residentes del cuarto planeta del Sistema Solar.

La película “The Martian” planteaba lo importantes que pueden llegar a ser unas patatas, y lo que es cierto para tubérculos y legumbres también lo es para las algas…

En la Estación Espacial Internacional (ISS) se llevan a cabo investigaciones relacionadas con la misión a Marte: sistemas de soporte vital, puesta a punto de tecnologías para reducir la dependencia de la Tierra y estudios sobre los efectos de la microgravedad en la salud y el comportamiento humano, así como en el crecimiento de plantas y algas.

Pero antes de hablarles de esto…¿qué es la microgravedad?

Podríamos pensar que en la ISS no hay gravedad y que por eso flotan los astronautas y los objetos que les rodean. Pero en realidad la fuerza de la gravedad mantiene en órbita a la ISS: a 400 km de altitud hay 0.88 g (88% respecto a la superficie del planeta, 1 g). Tanto la ISS como lo que hay en ella están en caída libre alrededor de la Tierra, “navegando” a 28.000 km/h. Así que los objetos y astronautas se encuentran en “gravedad cero” o microgravedad (0,000001 g).

Arabidopsis thaliana. Autor: D. Skalec. Fuente: Wikimedia commons

Plantas y algas pueden sobrevivir en microgravedad. Seedling Growth es un proyecto patrocinado por la ESA cuyo investigador principal es Francisco J. Medina del CIB-CSIC (Madrid), que investiga los efectos combinados de luz y microgravedad en el ciclo celular y el crecimiento de Arabidopsis thaliana, una planta “modelo” para estudios sobre vegetales.

El pasado 13 de junio arrancó en la ISS la plantación del tercer experimento (Seedling Growth-3), tal como explicaba el propio investigador en la emisión Entre Paréntesis” (19-VI-2017) de Radio 5.

Gravedad y luz suelen ser estímulos opuestos pero en el espacio esta lógica desaparece así como los conceptos arriba o abajo.

Los resultados de experiencias anteriores (Vandenbrink y col. 2014) indican que la microgravedad es un factor de estrés que afecta al ciclo celular en los tejidos meristemáticos, con células totipotentes responsables del crecimiento y diferenciación en vegetales. Las consecuencias podrían ser letales pero por motivos aún desconocidos la luz, en concreto la longitud de onda roja, parece contrarrestar dicho estrés permitiendo que las plantas sobrevivan y se desarrollen de manera casi normal.

En cuanto a las microalgas, su mayor eficiencia fotosintética respecto a las plantas superiores las hace más adecuadas para absorber CO2 y producir oxígeno. En estudios realizados sobre algas verdes del género Chlorella (C. pyrenoidosa y C. vulgaris) se han observado que las tasas de fotosíntesis y consumo de CO2 no se ven afectadas por la microgravedad. Pero su crecimiento es menor y uno de dichos trabajos (Gross, 2013) calculaba que harían falta 2314 litros de Chlorella vulgaris para producir el oxígeno necesario para mantener a un astronauta!!

En los estudios sobre cianobacterias hay resultados para todos los gustos: en la especie tóxica Microcystis aeruginosa se ha observado que la microgravedad reduce el crecimiento y aumenta la producción de microcistinas, mientras que en otro trabajo la microgravedad favorecía el crecimiento de una cepa de Nostoc sp. (Wang y col. 2004).

Placas para experimentos biológicos, incluyendo las cepas CCCryo, en el exterior de la ISS. Autor: ESA/ROSCOSMOS. Fuente: Sciencedaily

Los rayos cósmicos y la radiación UV pueden también aniquilar cualquier atisbo de vida en el espacio. No obstante, si eres un alga adaptada a ambientes extremos puede que consigas sobrevivir en el espacio.

Un experimento de 2014-2015 del proyecto BIOMEX (Biology and Mars Experiment), demostró la supervivencia durante 16 meses de dos cepas en el exterior de la ISS, en condiciones de vacío, sequedad y con temperaturas desde -20ºC a 50ºC.

Ambas cepas pertenecían a CCCryo (la colección de cultivos de algas criófilas del grupo de investigación en extremófilos del IZI-BB, Alemania), en concreto el alga verde Sphaerocystis sp. (CCCryo 101-99, aislada en Svalbard, Noruega) y la cianobacteria Nostoc sp. (CCCryo 213-06, de la Antártida).

El ecosistema lagunar de MELISSA. Fuente: ESA

Queda mucho por investigar para conseguir soportes de vida controlados en el espacio y en ello trabajan, entre otros, los investigadores del consorcio MELISSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), que agrupa a más de 40 instituciones de 13 países, gestionado por la ESA.

Todo comenzó en 1987 tras comprobar que dos cepas microbianas (imagino que cianobacterias), sobrevivieron 5 días en el espacio a bordo de una cápsula china.

30 años después el concepto sobre el que trabaja MELISSA está basado en el ecosistema de un lago, donde los productos de desecho son aprovechados por el metabolismo de plantas y algas, que a su vez proporcionan alimento, oxigenan el aire y purifican el agua. En el compartimento fotosintético existen dos componentes…

El primero son cianobacterias: Arthrospira platensis, muy útil y conocida porque de ella se obtiene la Spirulina, un suplemento dietético de alto valor nutricional que no tiene nada que ver con las cianobacterias del género Spirulina.

La coincidencia de nombres podría venir de que Arthrospira platensis se describió originalmente en el género Spirulina (Spirulina jenneri var. platensis), pero nada más.

Y el segundo componente son las plantas superiores.

En el consorcio MELISSA se ha experimentado con 32 cultivos diferentes, incluyendo trigo, tomate, patatas, soja, cebolla, lechuga, espinacas, arroz, etc…

Planta piloto de MELISSA, en la Universidad Autónoma de Barcelona. Fuente: ESA

Pero no se confundan: el terreno de Marte no es apto para crecer plantas terrestres y los cultivos que se plantean son hidropónicos, nada que ver con las patatas en “The Martian” !!

Referencias:

-Gross M. Development and optimization of algal cultivation systems. Graduate Theses and Dissertations. Paper 13138 (2013)
-Mills WR & Pierson DL. Growth and Metabolism of the Green Alga, Chlorella Pyrenoidosa, in Simulated Microgravity.  NASA/ASEE Summer Faculty Fellowship Program, Johnson Space Center. 14 pp (2000)
-NASA’s journey to Mars. 36 pp (2015). https://www.nasa.gov/topics/journeytomars/index.html
-Vandenbrink JP y col. Light and gravity signals synergize in modulating plant development. Frontiers in Plant Sci. 5:563 (2014)
-Wang GH y col. Real-time studies on microalgae under microgravity. Acta Astronaut. 55:131-137 (2004)
-Xiao Y. y col. Simulated microgravity alters growth and microcystin production in Microcystis aeruginosa (cyanophyta). Toxicon 56:1-7 (2010)

 

 

El origen de la pluricelularidad

El salto evolutivo de seres unicelulares a pluricelulares es una de las grandes incógnitas de la biología. Sabemos que ocurrió de manera independiente ¡muchas veces! en animales, plantas, hongos, etc.

Se cree que las plantas terrestres pluricelulares surgieron hace ∼750 millones de años. ¿Pero qué mecanismos hicieron posible que una microalga verde pudiese evolucionar en una sequoia?

Chlamydomonas reinhardtii. Fuente: Pflanzenforschung

El trazo de la evolución se hace grosero cuánto más nos remontamos en el tiempo. Y dado que los seres pluricelulares se separaron de sus ancestros unicelulares hace cientos de millones de años las huellas genéticas de aquel proceso son escasas.

Pero habelas hainasy las algas pueden contarnos mucho sobre ello. En concreto algas verdes coloniales como Volvox que divergieron de sus ancestros unicelulares hace apenas ∼230 millones de años.

Sus antepasados eran muy parecidos a Chlamydomonas reinhardtii lo cual, unido a la actual capacidad para secuenciar genomas como churros, ha permitido descubrir algunos secretos sobre la evolución de la pluricelularidad.

Para explicarles lo que hemos aprendido de estas algas debo introducirles en otro asunto…

Fases del ciclo celular. Fuente: Khan Academy

El gen del retinoblastoma (Rb) codifica una proteína supresora de tumores (proteína del retinoblastoma: pRb). Dicho gen se identificó en un tumor maligno de retina, de ahí su nombre.

Las células vegetativas (o somáticas), siguen un ciclo de vida que incluye 2 fases: interfase (G1, S y G2) y fase M (mitosis y citocinesis), mediante las cuales crecen y fabrican los componentes celulares necesarios para dividirse y propagar su herencia genética, ya sean microalgas, plantas o nuestras propias células.

A lo largo del ciclo celular existen “estaciones de control” y las proteínas de la familia de la pRb son responsables de uno de dichos “check-points” en la fase G1, que impide la entrada de la célula en fase S “si no tiene todos los papeles en regla”. Dicha fase es la que duplica el ADN y prepara a la célula para su división en la mitosis.

La existencia de dicho punto de control es fundamental ya que impide que las células con daños en su ADN dupliquen y transmitan su material genético. Muchos tumores en humanos están relacionados con alteraciones del gen Rb. Sin la proteína pRb que éste codifica, las células cancerosas progresan en el ciclo celular sin frenos y cuesta abajo, a costa de las células sanas que se dividen de manera regulada acorde a las necesidades del organismo.

Ciclo de vida de Chlamydomonas. Fuente: Hanschen y col. (2016)

Además, la proteína pRb cumple funciones importantes en la diferenciación celular en animales.

Pues bien, Chlamydomonas tiene una variante en el ciclo celular, con divisiones múltiples en la fase asexual, regulada por genes homólogos del Rb: mat3.

Le llamaremos mat3/Rb para no perder de vista su origen común.

< Un gen homólogo es aquel que heredan dos especies a partir de un mismo antepasado >

Después de una fase G1 prolongada en la que Chlamydomonas aumenta mucho de tamaño, lleva a cabo divisiones múltiples y rápidas que originan “células hijas” individuales. Si mat3/Rb no se expresa correctamente Chlamydomonas no crece tanto antes de dividirse y realiza más rondas de división (fase S y mitosis) produciendo un fenotipo “enano”.

El fenotipo es la suma de los rasgos visiblemente evidentes de un organismo y que nos permiten clasificarlo como parte integrante de una determinada especie >

Ciclo de vida de Gonium. Fuente: Hanschen y col. (2016)

Gonium pectorale es otra especie de microalgas verdes que forma colonias típicamente de 8-16 células, donde cada individuo es muy parecido a Chlamydomonas.

Gonium también lleva a cabo divisiones múltiples pero a diferencia de Chlamydomonas el resultado final son “colonias hijas”.

Importante también: las células de Gonium no están diferenciadas…

Y un paso más allá está el género Volvox, donde además de una fase de divisiones múltiples también existen líneas germinales y somáticas diferenciadas gracias a divisiones celulares asimétricas.

Volvox llega a producir colonias que incluyen miles de pequeñas células somáticas en la superficie de la esfera colonial, rodeando a unas pocas células reproductoras de mayor tamaño envueltas en una matriz extracelular.

Ciclo de vida de Volvox. Fuente: Hanschen y col. (2016)

Chlamydomonas, Gonium y Volvox representan tres niveles crecientes de complejidad y pertenecen al mismo orden taxonómico (Volvocales o Chlamydomonadales).

No obstante, a pesar de las diferencias morfológicas entre Chlamydomonas y Volvox sus genomas son muy parecidos y esto hacía sospechar que la pluricelularidad no necesitó de grandes innovaciones genéticas.

Un estudio comparativo de esta índole es parecido a buscar una aguja en un pajar, pero de ADN. Y esto fue lo que hicieron Hanschen y col. (2016) en pos de los secretos de la pluricelularidad.

Lo que descubrieron fue que, efectivamente querido Watson, el cambio a la pluricelularidad y la diferenciación celular no surgió de grandes innovaciones genéticas, sino de adaptaciones en “programas genéticos” ya existentes en el ciclo celular, por ejemplo genes homólogos del retinoblastoma (mat3/Rb).

En concreto, Hanschen y col. encontraron una misma modificación del gen mat3/Rb en Gonium y Volvox, que podría tener relación con la expresión de genes asociados a la pluricelularidad durante la fase G1 del ciclo celular.

Todo esto era una hipótesis basada en un estudio teórico (“in silico” que se dice en estos casos). La prueba definitiva, como siempre, era demostrar la transformación de células individuales en colonias. Hallazgos de este tipo son los que abren las puertas para publicar en revistas como Nature Communications.

Chlamydomonas normales (izda.: wild type), mutantes enanas (centro), y las que han recibido la copia funcional del gen mat3/Rb (dcha.). Fuente: Umen y Goodenough (2001)

Para ello, usaron mutantes de Chlamydomonas reinhardtii que no expresaban el gen mat3/Rb y comprobaron qué les ocurría al insertarles copias funcionales de Chlamydomonas “normales”, o de su pariente colonial Gonium.

En el primer caso, cuando le insertaron el gen mat3/Rb de Chlamydomonas, la pequeña mutante recuperó su talla normal. Hasta aquí correcto: ya lo habían conseguido otros investigadores (Umen y Goodenough, 2001).

Pero cuando le insertaron el gen mat3/Rb de Gonium, no sólo recuperó su tamaño sino que empezó a producir Chlamydomonas coloniales de hasta 16 células !!

Con esto demostraron que el gen mat3/Rb, al menos en el caso de las Volvocales, ha servido para desarrollar una nueva capacidad: la pluricelularidad.

Volvox globator, de la Laguna Medina (Zamora). Les recomiendo que visiten la web de esta imagen para más información sobre esta especie. Fuente: Proyecto Agua

¿Y qué hay de la diferenciación celular? Pues en Volvox no está asociada al mat3/Rb sino a otro grupo distinto de genes llamado regA, también implicados en la regulación de la biogénesis de cloroplastos, ausentes en Chlamydomonas y Gonium (que como todos ustedes saben carecen de células diferenciadas).

Se cree que al igual que en el caso del gen del retinoblastoma, el grupo de genes regA sirvió para una adaptación específica en Volvox que desarrolló una nueva función: la diferenciación celular. Y esto debió suceder, en base a lo que observamos hoy en día, poco después de la separación evolutiva de los géneros Gonium y Volvox…

Referencias:

-Giacinti C & Giordano A. RB and cell cycle progression. Oncogene 25: 5220–5227 (2006)
-Hanschen ER y col. The Gonium pectorale genome demonstrates co-option of cell cycle regulation during the
evolution of multicellularity. Nature Comm. 7:11370. DOI: 10.1038/ncomms11370 (2016)
-Herron MD y col. Triassic origin and early radiation of multicellular volvocine algae. PNAS 106:3254-58 (2009)
-Umen JG & Goodenouch UW. Control of cell division by a retinoblastoma protein homolog in Chlamydomonas. Genes & Development 15:1652–1661 (2001)
-Web: definiciones de “genes homólogos” y “fenotipo” en boundless.com y definicionabc.com

 

 

 

El dinoflagelado del saco

El 8 de abril de 1940 los ejércitos de Hitler lanzaban una ofensiva sobre la costa noruega, atacando primero Oslo y Trondheim e invadiendo luego todo el país. Fue el comienzo de 5 años de ocupación nazi…

Scrippsiella trochoidea. © Karl Bruun. Fuente: Algaebase

Aquella situación la sufrió en primera persona el biólogo marino Trygve Braarud, dedicado al estudio del fitoplancton en la Universidad de Oslo. Braarud trabajaba en aquel momento con el género de dinoflagelados Peridinium, con especies como P. trochoideum (hoy Scrippsiella trochoidea).

Enrique Balech le pidió muestras para su estudio pero Braarud no pudo enviárselas por culpa de aquellas circunstancias (algo que sí pudieron atender otros colegas como Guillard y Sousa e Silva). Décadas después, en 1974, Balech redescribió el género Protoperidinium para incluir las especies marinas mezcladas antes en Peridinium junto a organismos de agua dulce.

Protoperidinium divergens. © Skaphandrus. Fuente: Historical illustrations

El género Protoperidinium lo creó R.S. Bergh en 1881 y Balech lo redefinió como exclusivamente marino en base a criterios morfológicos comunes (diseño y número de las placas de celulosa) que no observaba en las especies de aguas continentales.

Protoperidinium no realiza fotosíntesis, se alimenta de otros microorganismos por lo que podemos considerarlo un género de animalillos microscópicos.

Los dinoflagelados heterótrofos pueden comer muchas cosas, desde bacterias, microalgas (incluyendo dinoflagelados) a huevos, larvas de zooplancton e incluso los pellets fecales de éste. Capturan el alimento usando 3 estrategias básicas: 1) ingestión directa, 2) usando un pedúnculo o 3) mediante una estructura retráctil a modo de “saco”: el palio.

Esa estrategia es la que utiliza Protoperidinium y es la que le permite alimentarse de presas mucho mayores que él, incluso hasta 10 veces más grandes !!

Los dinoflagelados que ingieren directamente a sus presas lo suelen hacer por zonas concretas, por ejemplo el sulco, una “rendija vertical” en la parte ventral de la célula.

Dinoflagelados con distintos tamaños de sulco: una posible adaptación para ingerir presas de mayor tamaño. Fuente: Jeong y col (2010)

Obviamente eso limita el tamaño máximo de lo que comen. Aunque hay excepciones: Fragilidium se deforma y separa sus placas para abarcar presas mayores que él.

Otros dinoflagelados como Prorocentrum parecen tener distintas “bocas” y consiguen alimentarse de varios organismos a la vez por medio de diferentes suturas en la célula.

Pero la regla general es que sólo aquellos equipados de un pedúnculo o el palio pueden alimentarse de seres de mayor tamaño.

Y pueden atacar en grupo…

Hace varios años publiqué una entrada con vídeos de Protoperidinium alimentándose de otro dinoflagelado (Tripos fusus), y 3 de ellos arrastrando juntos lo que parecía un huevo de zooplancton. Una lectora llamada Laura me preguntó hace unos días por este asunto y su comentario motivó que escribiese esta entrada, así que muchas gracias por seguir el blog y participar con vuestros comentarios !

Aquí van tres nuevos vídeos de Protoperidinium, pertenecientes a aquellas muestras de otoño de 2013, donde le podemos observar solito y con presas (dinoflagelados en este caso)…

Cuando localiza una posible presa, Protoperidinium la merodea con una especie de danza en espiral que indica que está preparándose para desplegar el palio. Pero justo antes de eso “pesca” a su presa extendiendo un filamento en el extremo de un filopodio (una delgada proyección de su citoplasma).

Protoperidinium spinosum alimentándose de una diatomea tubular. (MB) es la cesta microtubular que comunica con el palio. Fuente: Jacobson & Anderson (1992).

El palio es un tipo de pseudópodo (lamelipodio) que consiste en una prolongación laminar del citoplasma dotada de una intrincada red de canales y vesículas.

En la zona media de la célula de Protoperidinium existe una estructura ovalada (“cesta microtubular”, según Jacobson & Anderson 1992), desde la que se proyecta el palio, y cuyo contenido citoplasmático (o “palioplasma” mejor dicho) es continuo entre ambos.

¿Por dónde sale al exterior el palio? pues por la zona del sulco aunque éste, como el resto de la superficie de Protoperidinium, está tapizado de placas.

Pero una de ellas, la placa sulcal media, hialina y muy delgada, es la candidata a permitir las idas y venidas del palio.

Sobre dicha placa el propio Balech se aventuraba en 1974 a comentar que podría desconectarse de las demás para permitir la salida del pseudópodo (el palio).

Él mismo añadía que sólo conocía dicha forma de alimentación en Peridinium (citando el divertido nombre de Peridinium gargantua) pero que hasta la fecha nunca la había observado en Protoperidinium.

Protoperidinium depressum (Dn) alimentándose de una cadena de diatomeas (Dt) usando el palio, en la fase inicial (A) y avanzada donde extiende el palio a lo largo de su presa. Autor: D. M. Jacobson (1987). Fuente: American Journal of Botany

La mayoría de las presas de Protoperidinium suelen ser diatomeas (aunque también, como hemos visto, puede alimentarse de otros dinoflagelados), a las que digiere extracelularmente tras envolverlas en el palio como quien empaqueta su bocadillo en plástico transparente !!

Los contenidos celulares de la presa son digeridos mediante enzimas, succionados y transportados hasta la cesta microtubular en el centro de la célula.

Cuando todo finaliza el palio se retrae liberando los restos sin digerir, como las frústulas silíceas de las diatomeas. El proceso entero de alimentación puede durar entre 5 y 30 minutos.

Y los hay con digestión más lenta. Géneros cercanos a Protoperidinium como Oblea se han llegado a observar dale que te pego hasta 2 horas !!

Referencias:

-Balech E. El género “Protoperidinium” Bergh, 1881 (“Peridinium” Ehrenberg, 1831, partim). Revista del Museo Argentino de Ciencias Naturales “Bernardino Rivadavia” Instituto Nacionale de Investigacion de Ciencias Naturales, Hidrobiologia 4(1): 1-79 (1974)
-Jacobson DM & Anderson DM. Ultrastructure of the feeding apparatus and myonemal systema of the heterotrohic dinoflagellate Protoperidinium spinulosum. J. Phycol. 28: 69–82. (1992)
-Jeong HJ, Yoo YD, Kim JS, y col. Growth, feeding and ecological roles of the mixotrophic and heterotrophic dinoflagellates in marine planktonic food webs. Ocean Sci. J. 45:65-91 (2010)

A choiva vermella

Inspiraciencia es un concurso de relatos cortos de inspiración científica. Se trata de un proyecto organizado por la Unidad de Cultura Científica de la Delegación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Cataluña y el Institut de Ciència de Materials de Barcelona (CSIC).

Este año celebra su VII edición y participan más de 600 relatos en catalán, español, euskara y gallego, distribuidos en dos categorías de edad (jóvenes de 12 a 17 años y adultos).

A partir del lunes 22 de mayo, hasta el 11 de junio, se abren las votaciones al público y por supuesto os animo desde hoy mismo a visitar la web del concurso y a leer los relatos.

Es la primera vez que participo y dado que vivo en Galicia y envié mi relato el 17 de mayo, “Día das letras galegas“, qué menos que hacerlo en gallego!, un idioma muy poco representado en esta edición con apenas 31 relatos sumando ambas categorías.

Haematococcus pluvialis. Fuente: Sino-Microalgae

Pues nada, aquí les dejo el enlace de “A choiva vermella”, inspirado en una entrada del blog >> La lluvia roja en la India no es como la de España.

Espero que os guste y si es así, que os lancéis a compartirlo en vuestras redes y a votarlo a partir de este lunes en la web del concurso < Inspiraciencia >

Muchas gracias !!

P.D.: El relato no fue seleccionado entre los finalistas, muchas gracias igualmente por haberlo leído e incluso votado. El año que viene habrá una nueva ocasión para participar !

 

El mar del ámbar

El libro de H. Jahren (Ed. Paidós, 2016). Fuente: Planetadelibros

El permafrost es una capa de suelo o de roca de profundidad variable donde la temperatura ha estado por debajo de 0ºC ininterrumpidamente durante miles de años (AMS).

Existe en latitudes altas de ambos hemisferios (América del Norte, Eurasia, Antártida y los Andes) y es famoso por las consecuencias de su deshielo a causa del calentamiento global >>aumento de la erosión y deslizamientos del terreno, alteración de ecosistemas y liberación de gases de efecto invernadero (metano y CO2).

En un capítulo de Lab girl (traducido como “La memoria secreta de las hojas“), la investigadora Hope Jahren se descubre cubierta de hojas muestreando el permafrost en Nunavut (Canadá).

Allí sólo crecen líquenes: esas hojas son la prueba de inmensos bosques de coníferas que iban más allá del círculo polar Ártico hace más de 40 millones de años (en el Eoceno y Paleoceno, cuando los mares templados se extendían hasta los polos).

 

A partir del ámbar se han descrito numerosas especies y géneros extintos de vegetales y animales, sobre todo insectos. Fuente: Chiapas virtual

La resina fosilizada de aquellas coníferas es también el principal origen de una piedra semipreciosa: el ámbar. Y los depósitos del Báltico se cuentan entre los mayores del mundo…

En el origen del ámbar Báltico podrían estar, según un estudio reciente, coníferas de la familia Sciadopityaceae, de las que sólo queda una especie considerada “fósil viviente”: el pino sombrilla del Japón (Sciadopitys verticillata, endémica de dicho país).

El mar Báltico es el más joven del planeta. Se originó mucho después de la desaparición de aquellos bosques polares, hace menos de 20.000 años, por efecto de la erosión glaciar y la retirada de los hielos.

Su forma y salinidad actuales son aún más recientes —unos 2000 años— según HELCOM (HELsinki COMmision, el organismo responsable de la protección medioambiental del Báltico). Es un ecosistema único, inmaduro por su juventud y sujeto a una enorme presión humana. 9 países le rodean con 85 millones de personas en su área de influencia.

La reducción en la extensión máxima del hielo en el Báltico, comparando la década de los 60′ y los años 2005-09. Fuente: HELCOM (2017)

El agua del Báltico es salobre, con una salinidad media de 6 (por 35 del océano), debido a su estrecha comunicación con el mar del Norte, además de la baja evaporación y el ingente aporte de agua de los ríos, la lluvia y el deshielo. No en vano, los vikingos le llamaban “el lago del este” o “el mar del este”.

Su profundidad media es de 57 metros. El estrecho de Kattegat es su conexión al océano, con unos 50 km en su parte más estrecha y una profundidad máxima de apenas 151 m (descendiendo rápidamente a 20-40 m). En comparación, el estrecho de Gibraltar en el Mediterráneo sólo tiene 14 km de ancho pero su profundidad máxima alcanza los 900 m.

Parte de la superficie del Báltico se congela durante el invierno pero en esta región los efectos del calentamiento global avanzan a mayor velocidad que en el promedio del planeta.

En los próximos 100 años se espera que las precipitaciones de nieve se reduzcan hasta en un 75% y que la cobertura máxima de hielo disminuya entre 50-80%, con aumentos del nivel del mar especialmente en la zona sur del Báltico.

HELCOM se creó en 1974 en Helsinki, para contrarrestar el deterioro medioambiental del Báltico.

HELCOM publicó en 2010 un informe integral del estado ecológico del Báltico y en 2017 otro sobre el progreso de las medidas para mejorar la salud de sus ecosistemas.

A la vista de ambos informes queda mucho por hacer: el impacto acumulado de las actividades humanas es enorme y solo se libra la parte central de su cuenca norte, el Golfo de Bothnia.

En 2010, la mayoría de las zonas costeras poseían concentraciones de nutrientes y clorofila demasiado elevadas. Esto se llama eutrofización y es uno de los problemas más serios del Báltico, junto a la contaminación por la industria y el tráfico marítimo, la sobrepesca y la degradación del fondo por arrastreros, construcciones y dragados.

La eutrofización afecta a la inmensa mayoría de aguas, tanto abiertas como costeras, debido al nitrógeno, fósforo y materia orgánica que llega desde los terrenos agrícolas, núcleos urbanos y rurales.

La susceptibilidad del Báltico a la eutrofización se debe a que la renovación de sus aguas es muy lenta como consecuencia de su limitada comunicación con el océano.

Estas gráficas son “malas noticias” para las cianobacterias del Báltico. Fuente: HELCOM (2017)

Muchas regiones del Báltico permanecen en un “círculo vicioso” que favorece las proliferaciones algales, a pesar de que los aportes de nutrientes se han reducido bastante desde los años 80′.

Las condiciones de hipoxia y anoxia en el fondo, debidas a la degradación bacteriana de la materia orgánica y la pobre ventilación de las aguas, favorecen la liberación de fósforo desde los sedimentos, alimentando la proliferación de cianobacterias fijadoras de nitrógeno durante el verano.

Dichas cianobacterias no son perjudiciales en sí mismas: cumplen un papel ecológico importante ya que su habilidad para capturar N2 disuelto permite transformarlo en compuestos asimilables para los niveles tróficos superiores.

El problema es que su crecimiento descontrolado en superficie (>200 μg (peso húmedo)/L) y posterior sedimentación estimulan la actividad microbiana en los sedimentos alimentando el “círculo vicioso”. Se calcula que los niveles bajos de oxígeno han dañado y disminuido la fauna bentónica en 1,7 millones de toneladas.

El rectángulo en el sur del Báltico indica la localización del bloom de cianobacterias en la imagen inferior: Fuente: NASA

En el último siglo las condiciones de hipoxia y anoxia se han multiplicado x12 en el Báltico (de 5.000 a 60.000 km2).  Esta situación tiene repercusiones a todos los niveles del ecosistema, ya que empobrece la biodiversidad vegetal y animal favoreciendo el desarrollo de proliferaciones “oportunistas” de cianobacterias filamentosas u otras microalgas.

Aunque su variabilidad interanual es enorme, los blooms masivos de cianobacterias eran un fenómeno esporádico hace un siglo que se ha convertido en habitual durante las últimas décadas.

Bloom de Nodularia en el Báltico (11/VIII/2015). Arriba en el centro hay señalado un barco. Fuente: NASA

Aphanizomenon, Nodularia y Dolichospermum son los principales géneros responsables y aprox. 1/3 de dichas proliferaciones son debidas a una especie tóxica: Nodularia spumigena, sobre todo en las regiones central y sur del Báltico (Aphanizomenon domina en el norte).

Las Nodularinas que produce N. spumigena son compuestos hepatotóxicos y el riesgo sanitario y el desagradable aspecto (espuma, mal olor) que ocasionan sus proliferaciones provocan el cierre cada verano de numerosas playas en el sur del Báltico, concretamente en Polonia.

Pasemos a los dinoflagelados tóxicos…

En 1997 se produjo por primera vez una proliferación de Alexandrium ostenfeldii, que además ocasionó una tremenda bioluminiscencia tal y como observaron los pescadores locales en Åland.

Alexandrium ostenfeldii (teñido con calcoflúor). Autor: René. Fuente: Photomacrophotography.net

En agosto de 2001 una proliferación similar acompañada de bioluminiscencia volvió a suceder en el Golfo de Gdansk (Polonia) y desde entonces las proliferaciones de dicha especie y su bioluminiscencia se registran en el Báltico de modo habitual todos los años.

A. ostenfeldii produce toxinas paralizantes y los experimentos con cultivos demuestran que sus poblaciones en el Báltico están adaptadas a un rango de salinidades de 6-25, distinto al de sus congéneres marinos. De hecho A. ostenfeldii es la única especie de su género en el Báltico y sus proliferaciones las únicas responsables de fenómenos de bioluminiscencia en este mar.

Es más >>> Le Tortorec y col. (2016) confirmaron la presencia del gen luciferasa (lcf) en todos los cultivos de A. ostenfeldii aislados del Báltico y su relación con la producción de bioluminiscencia, planteando la posibilidad de utilizar este bonito fenómeno para detectar la presencia de proliferaciones de A. ostenfeldii !!

Para mejorar la salud del Báltico es importante rehabilitar los hábitats naturales dañados: humedales, poblaciones de macroalgas y fanerógamas, que actúan como filtros naturales del exceso de nutrientes preservando la estabilidad de los ecosistemas del Báltico. Pero esto no es suficiente…

La caza y la pesca han tenido un enorme impacto y modificado sustancialmente el ecosistema original del Báltico. Veamosa lo largo del último siglo dicho ecosistema ha sufrido 3 grandes cambios:

Ecosistema natural del Báltico. Fuente: HELCOM (2010)

El primero de ellos (a comienzos del s.XX), fue el declive de las poblaciones de focas y marsopas por culpa de la caza masiva, lo que provocó como efecto rebote liberar a las poblaciones de bacalao del control de sus predadores naturales.

El segundo cambio vino del incremento de nutrientes y la eutrofización generalizada en el Báltico durante la segunda mitad del s.XX, que aumentó la productividad de sus aguas. A pesar de las consecuencias negativas que discutimos antes, esto disparó las poblaciones de bacalao cuya supervivencia en las fases iniciales del ciclo de vida se vio favorecida por la mayor productividad.

Y por último, el desarrollo de la industria pesquera a gran escala a finales de los 80′, que diezmó al bacalao limitando sus poblaciones a la zona sur del Báltico, y multiplicó a su vez la de una de sus presas: el espadín. Su otra presa favorita, el arenque, ha caído gradualmente desde los años 70′ con una ligera recuperación durante la última década.

Todo ello ilustra los efectos en cascada que tienen los cambios en el ecosistema, que te benefician o perjudican según la posición que ocupes en la cadena trófica. En el caso de la eutrofización, el efecto general ha sido que en las bahías y lagunas costeras las poblaciones de macrófitas han declinado a favor de la dominancia del fitoplancton, incluyendo los blooms mencionados de cianobacterias y proliferaciones ocasionales de macroalgas.

Marsopas del Báltico (Phocoena phocoena). Autor: Solvin Zankl. Fuente: Ascobans

Sin embargo, no todo son malas noticias. Se ha comprobado una recuperación gradual en las poblaciones de mamíferos y aves marinas gracias a que la presión de factores como la caza y la contaminación ha disminuido en las últimas décadas. Asimismo, el esfuerzo pesquero sobre el bacalao se ha reducido a niveles sostenibles acordes al plan de gestión a largo plazo establecido por la UE (Anon. 2007) y se confía en que aumenten los stocks en un futuro próximo.

En cualquier ecosistema los desequilibrios pueden llegar de dos direcciones: los niveles inferiores y superiores de la cadena trófica. Así que la recuperación integral del Báltico que propugnan organizaciones como HELCOM sólo puede conseguirse actuando en ambos niveles. No sólo reduciendo la entrada de nutrientes sino permitiendo que los niveles superiores, focas y marsopas, vuelvan a ocupar la posición que nunca debieron perder…

Referencias:

-Alessandro O. Understanding the spatio-temporal dynamics of demersal fish species in the Baltic Sea. Aqua Introductory Research Essay 2015:1. Department of Aquatic Resources, Swedish University of Agricultural Sciences, Drottningholm Lysekil Öregrund. 29 pp. (2015)
-Anon. Council Regulation (EC) No 1098/2007 of 18 September 2007 establishing a multiannual plan for the cod stocks in the Baltic Sea and the fisheries exploiting those stocks, amending Regulation (EEC) No 2847/93 and repealing Regulation (EC) No 779/97. Official Journal of the European Union, L 248/1, 22.9.2007
-HELCOM. Ecosystem Health of the Baltic Sea 2003–2007: HELCOM Initial Holistic Assessment. Balt. Sea Environ. Proc. No. 122 (2010)
-HELCOM. Measuring progress for the same targets in the Baltic Sea. 48 pp. (2017)
-Le Tortorec A. y col. Diversity of luciferase sequences and bioluminescence production in Baltic Sea Alexandrium ostenfeldii. Eur. J. Phycol. 51:317-327 (2016)
-Wolfe A.P. y col. A new proposal concerning the botanical origin of Baltic amber. Proc. R. Soc. B. 276:3403–3412 (2009)

 

 

El mar es una sopa de virus

¿Qué distingue a un ser vivo de un objeto inanimado?

El análisis de su composición atómica nos sacaría de dudas pero no explica cuándo y por qué surge la vida.

La naturaleza del mundo según el premio Nobel de Física Frank Wilczek (Crítica, 2016).

Los átomos no albergan un soplo de vida. Tampoco las partículas subatómicas, un conjunto diverso y alucinante, terra incognita para biólogos e infinito campo de estudio para físicos como Frank Wilczek.

Aún así, no dejo de imaginar que existe alguna conexión entre la vida y el comportamiento y la energía de todas esas partículas que hemos descubierto en el último siglo gracias a inventos como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

Resulta intrigante pensar cómo esas partículas y átomos se organizaron en moléculas cada vez más complejas y abundantes, hasta el punto de trascender de una sopa salada para aislarse del medio y organizarse en células primitivas.

Con ellas multiplicaron su crecimiento y la existencia por todo el planeta replicadas en nuevas copias según el manual de instrucciones de sus ácidos nucleicos (al comienzo quizás ARN y luego ADN).

La supervivencia de las primeras formas de vida dependía de los recursos inertes de un planeta desolado. Después se diversificaron y algunas se especializaron en conseguir energía a partir de otros seres vivos e incluso reproducirse gracias a ellos.

Las características que definen a la vida son muchas, pero en todas ellas las células son la unidad básica de los tres reinos de los seres vivos: arqueas, bacterias y eucariotas.

Por debajo del nivel de organización celular están los virus, justo en la frontera entre un ser vivo y un pedrusco. “Partículas subatómicas” de la biología que no llegan a células ergo no están vivos.

Los virus carecen de metabolismo propio: son agentes infecciosos incapaces de crecer o reproducirse fuera de una célula. En fase extracelular (virión) son inertes y constan de ácidos nucleicos (ADN o ARN) y una cubierta de proteínas. Cuando infectan una célula cobran vida a expensas del huésped, condenado a una cuenta atrás en la que fabricará y liberará nuevos virus, a la espera de otro ciclo de infección.

Son extremadamente resistentes y se han llegado a aislar virus viables (Mollivirus sibericum) con 30.000 años de antigüedad en el permafrost siberiano.

Biomasa relativa y abundancia de procariotas, protistas y virus en el océano. Fuente: Suttle y col. (2007)

En el medio marino los virus pueblan por millones cada mililitro de agua (15 veces más que las bacterias y arqueas). Correlacionados con la productividad marina, son más abundantes en los primeros 250 metros, disminuyendo desde la costa hacia el océano abierto.

Los virus representan el 94% de las partículas con ácidos nucleicos y sólo el 5% de la biomasa total por su pequeño tamaño (<0.2 micras). Sin embargo, existe una minoría de virus gigantes que pueden ser visibles al microscopio óptico y superar a las bacterias en tamaño (0.2-1.5 micras) y longitud del genoma (>200 kb).

Emiliania huxleyi y el virus gigante EhV-86. Autor: Michaelson et al (2010). Fuente: Trends in Plant Science

Entre los virus gigantes hay ejemplos que afectan a eucariotas (incluyendo a microalgas como Emiliania huxleyi, Micromonas pusilla, Phaeocystis, Aureococcus y Chlorella) y bacteriófagos (virus que infectan sólo a procariotas: Prochlorococcus marinus).

La mayoría de virus marinos en forma libre se consideran infecciosos, aunque por precaución se les suele denominar “partículas como virus” (VLP en inglés: Virus Like Particles).

Una vez infectan al huésped, los virus pueden desarrollar un ciclo lítico (en el que destruyen al hospedador después de reproducirse) o lisogénico (recombinándose con el ADN del hospedador) donde se mantienen inactivos como prófagos y pueden reproducirse en las células lisogénicas hasta que un cambio ambiental active la fase lítica. Esto resulta muy útil como estrategia de supervivencia y reproducción cuando el hospedador se torna escaso en el medio.

Cuanto más leo sobre los virus más pienso en el mar como una sopa de bacterias y algas infectadas que revientan por doquier, mientras que el resto del plancton se aprovecha de sus restos para crecer…

NOTA CURIOSA: los virus también son estrategas de la r y de la K

Las especies oportunistas (de crecimiento rápido y grandes oscilaciones en su población) se denominan en ecología estrategas de la r, y las especialistas (menor crecimiento y poblaciones en equilibrio), son de la K. En el típico ejemplo de colonización de un nuevo sustrato, los oportunistas (r) se adelantan en los terrenos vírgenes mientras que los especialistas (K) les comen la tostada a medida que madura el ecosistema…

La enfermedad de la coliflor que afecta a peces como este pobre, es producida por virus del género Caulimovirus (CaMV). Fuente: Reefnation

Pues bien, virus y huéspedes coexisten a lo largo de un rango continuo de estrategas r y K. Muchos virus se pueden considerar oportunistas, con tiempos cortos de infección y muy destructivos (líticos). Tal es el caso, aparentemente, de la mayoría de los virus que infectan bacterias, microalgas y protistas en general.

Durante proliferaciones monoespecíficas de Emiliania huxleyi, Phaeocystis globosa o Heterosigma akashiwo se han llegado a identificar altas proporciones de células infectadas en la población.

Ello revela que los virus pueden provocar, en ocasiones, elevadas mortalidades y el colapso de blooms de fitoplancton.

En cambio, a medida que aumenta la complejidad de los huéspedes (invertebrados, peces y mamíferos marinos), los virus estrategas de la K se vuelven dominantes, asociados de forma estrecha y no virulenta a su huésped, con mortandades esporádicas altas.

Se calcula que los virus pueden transformar hasta el 26% del carbono fijado en fotosíntesis en materia orgánica disuelta por la lisis celular del plancton marino. Esto supone un impacto potencial en el clima del planeta a través de la “bomba biológica“: la capacidad del océano profundo para capturar el carbono de la atmósfera gracias a la materia orgánica particulada que sedimenta de la superficie.

Teóricamente el efecto de la actividad viral aumentaría la eficacia de la bomba biológica al 1) retener más nutrientes (materia orgánica disuelta rica en nitrógeno y fósforo) que estimularían la productividad primaria en las capas superiores del océano y 2) aumentar la sedimentación relativa de carbono (materia orgánica particulada: organismos infectados y restos de paredes celulares).

Los virus transportan una mochila genética diversa. El genoma de los virus codifica muchos genes implicados en la producción de la nueva generación de viriones a cargo del huésped, pero también se encuentran genes relacionados con otras funciones (síntesis de vitaminas, respuesta al estrés, motilidad, quimiotaxis, etc), que pueden beneficiar al huésped antes de la lisis celular.

Myovirus P-SSM2 (A, B) y P-SSM4 (C,D), los mismos que afectan a Prochlorococcus. Las barras indican 100 nm. Autor: Sullivan y col. (2005). Fuente: OPENi

En el caso de los fagos que infectan cianobacterias (Synechococcus y Prochlorococcus) se ha descubierto algo excepcional: genes fotosintéticos !! Los daños intracelulares asociados a la infección viral provocan un descenso en la actividad fotosintética del huésped y se piensa que dichos genes servirían para mantener la maquinaria fotosintética del “muerto viviente” el tiempo justo para terminar con éxito el ciclo lítico produciendo nuevos fagos.

Lindell y col. (2004) los secuenciaron y situaron en un árbol filogenético, y descubrieron que los genes fotosintéticos de los fagos de Synechococcus y Prochlorococcus se alineaban con los de sus respectivos huéspedes. Proceden de ellos.

En el caso de Prochlorococcus, los genes del fago se repartían entre distintos grupos genéticos de Prochlorococcus, lo que sugiere intercambios múltiples entre huésped y fago.

Se trata de un hallazgo fascinante…dichos genes fotosintéticos pueden transmitirse entre las poblaciones del huésped dada la existencia de recombinación genética entre los fagos y el ADN del huésped. Su transferencia y adquisición (así como la de otros genes relacionados con múltiples funciones), podrían ser una fuente de riqueza genética, contribuyendo a modelar los nichos ecológicos que ocupan diferentes especies o ecotipos adaptados a distintas condiciones de luz como en el caso de Prochlorococcus.

Referencias:

-Lindell D y col. Transfer of photosynthesis genes to and from Prochlorococcus viruses. PNAS 101:11013-018 (2014)
-Sime-Ngando T. Environmental bacteriophages: viruses of microbes in aquatic ecosystems. Front. Microbiol. 5; doi: 10.3389/fmicb.2014.00355 (2014)
-Sullivan MB y col. Three Prochlorococcus cyanophage genomes: signature features and ecological interpretations. PLoS Biol. 3(5): e144; doi: 10.1371/journal.pbio.0030144 (2005)
-Suttle CA. Marine viruses — major players in the global ecosystem. Nature Rev. Microbiol DOI: 10.1038/nrmicro1750 (2007)
-Wilhelm SW y col. A Student’s Guide to Giant Viruses Infecting Small Eukaryotes: From Acanthamoeba to Zooxanthellae. Viruses 9 (46); doi:10.3390/v903004 (2017)

La importancia de llamarse Alexandrium

Este blog es monotemático: algas, algas y más algas!! Consciente de que el menú puede caerles pesado mezclo a menudo otros ingredientes (como el queso, el aceite de oliva y el pollo sobre una lechuga iceberg).

Odontella aurita. Autor: Pavel Skaloud. Fuente: botany.natur.cuni.cz

Hoy les serviré una “lechuga” enorme (la taxonomía de Alexandrium) con un “pollo” muy sabroso (un debate entre científicos).

Odontella aurita (Agardh, 1832) es una bella diatomea que ha cambiado de nombre sólo una vez desde su descripción original como Diatoma aurita (Lingbye, 1819)

Callithrix aurita. Autor: Sávio Bruno. Fuente: Arkive.org

Su nombre, aurita, quiere decir “orejas largas”. En la diatomea hay que echarle mucha imaginación, pero hay otras especies en las que el epíteto “aurita” resulta evidente y más que justificado. Como en el mono tití Callithrix aurita.

Las algas no tienen orejas pero sí otros atributos que inspiran muchas veces sus nombres.

Por ejemplo, Alexandrium catenella, descrita como una especie formadora de cadenas, protagonista de la entrada de hoy.

El género Alexandrium lo describió Youssef Halim (1960) después de una marea roja de Alexandrium minutum (la especie tipo, diminuta) en el puerto de Alejandría (Egipto, imagen de portada).

En Alexandrium se encuentran diversas especies productoras de toxinas paralizantes (saxitoxinas), responsables de algunas de las proliferaciones más dañinas del mundo, tanto para la fauna marina como para la salud pública.

Muchas especies del género Alexandrium se describieron a lo largo del s.XX originalmente como Gonyaulax o Protogonyaulax, en base a criterios morfológicos: la “fórmula” de sus placas (numeración y organización), dimensiones de las células, y otros caracteres como la capacidad de formar cadenas o la presencia de un porito en la zona ventral (en la primera placa apical, donde se insertan los flagelos de la célula).

Ilustraciones originales de Whedon & Kofoid (1936). Fuente: WORMS

Por ejemplo, en 1925, Marie V. Lebour describió un pequeño organismo, Goniaulax tamarensis, en el estuario del río Tamar cerca de Plymouth (Reino Unido). Dicha especie (=Alexandrium tamarense) sabemos hoy en día que no es tóxica.

En 1936, Whedon y Kofoid describieron con gran profusión de detalles dos organismos: Gonyaulax catenella y acatenella, responsables de intoxicaciones por consumo de moluscos bivalvos en la costa de California (EEUU).

G. catenella era “achatada” y formaba cadenas (4 o más células), mientras que G. acatenella constaba sólo de células individuales.

Lo que no sabían era que ninguna especie forma cadenas todo el tiempo y que dicha capacidad varía según el estado fisiológico y el ciclo de vida.

Evolución temporal de G. catenella (línea continua, logaritmo de céls/litro) y G. acatenella (discontinua). Fuente: Whedon & Kofoid (1936)

 

No se trataba de especies distintas sino del desarrollo y caída de una población (que forma cadenas en la fase activa de crecimiento y se disgregan en células individuales al final de la proliferación).

A lo largo del s.XX se describieron nuevas especies de Gonyaulax y Alexandrium hasta que en 1985 Enrique Balech transfirió muchas de las primeras al género Alexandrium, describiendo 7 nuevas especies, entre ellas Alexandrium fundyense.

Su descripción era sucinta, apenas un par de frases:”very close to A. excavatum but constantly lacking ventral pore. Perhaps a subspecies […]. Distribution in the Bay of Fundy”.

Bahía de Fundy. Fuente: www.ferries.ca

En la bahía de Fundy (Canadá) se había identificado también otra especie similar: el Alexandrium tamarense de Lebour, que sólo se diferenciaba en la presencia del susodicho “porito”. Pero este A. tamarense sí era tóxico, a diferencia del “original”. Vaya lío…

Con el tiempo resultó evidente que existían una variedad de formas intermedias entre A. tamarense/A. catenella/A. fundyense y que los criterios morfológicos que se habían establecido para diferenciarlas eran variables. Es decir, se trataba de especies crípticas difícilmente distinguibles bajo el microscopio.

Y llegó la genética para barajar otra vez las cartas...

En los 90′ la aplicación de técnicas moleculares revolucionó el panorama. Las secuencias genéticas de los cultivos de A. tamarense/A. fundyense/A. catenella formaban parte del “complejo de especies Alexandrium tamarense“, cinco grupos moleculares cercanos, aunque claramente diferenciados. Al principio se les designó por el origen geográfico pero luego se demostró que este criterio tampoco servía y se optó por lo fácil: emplear números del I al V.

IMPORTANTE: en Norteamérica y Suramérica sólo se ha detectado el Grupo I.

Distribución geográfica de grupos del complejo “A. tamarense“: I (círculos), II (cuadrados), III (triángulos), IV (diamantes), V (estrellas). En negro los grupos tóxicos. Fuente: Fig. 1, Lilly y col. (2007)

Los V grupos genéticos del complejo “A. tamarense” se añadieron a la denominación de especies tradicional y se usaron durante dos décadas para identificar con mayor precisión la naturaleza de los cultivos (solo eran tóxicos los grupos I y IV).

Estos grupos sugerían la existencia de distintas especies pero nadie atacó este asunto hasta 2014 cuando John y col. propusieron las siguientes equivalencias: A. fundyense (grupo I), A. mediterraneum (grupo II), A. tamarense (grupo III), A. pacificum (grupo IV) y A. australiense (grupo V).

Alexandrium catenella (islas Huichas, región de Aysén, Chile). Autor: Pablo Salgado

 

Los más atentos echaréis de menos una especie: A. catenella

John y col. optaron por A. fundyense para el Grupo I dado que todas las secuencias con ese nombre pertenecen a dicho grupo genético, desechando la denominación de A. catenella en base a razonamientos bastante discutibles.

La historia podía haber terminado ahí, pero ¿quién dijo miedo? John y col. se lo jugaron todo a doble o nada. Sometieron su decisión de borrar del mapa a Alexandrium catenella a las más altas instancias taxonómicas con una propuesta oficial (2302) a la revista Taxon.

Esta revista publica los informes del comité para la nomenclatura de las algas, (algo así como el “Tribunal Supremo Taxonómico”), que otorga validez a las especies siguiendo el “código de Melbourne” (ICN: código Internacional de nomenclatura para algas, hongos y plantas).

La propuesta 2302 cosechó también en Taxon la respuesta de otro grupo de investigadores, Fraga y col. (2015) quienes, como abogados defensores de A. catenella, publicaron una réplica rebatiendo 6 razonamientos de John y col. Entre ellos elegí el nº5:

Alexandrium catenella (epifluorescencia, teñido con calcoflúor). Autor: Pablo Salgado

John y col.:Alexandrium catenella podría en principio sustituir al nombre de A. fundyense y aplicarse a todos los cultivos del Grupo I porque su descripción original (Whedon & Kofoid, l.c.) es anterior a la de A. fundyense (Balech, l.c. 1985). Sin embargo muchos estudios sobre cultivos del Grupo I han utilizado el nombre de A. fundyense y el cambio de nomenclatura provocaría una considerable confusión a la comunidad científica”.

 

Fraga y col.: “De acuerdo con el Art. 51.1 del ICN “un nombre legítimo no debe ser rechazado meramente porque su epíteto es inapropiado o desagradable, o porque otro sea preferible o más conocido […] o porque ha perdido su significado original”.

 

Alexandrium catenella tenía prioridad según el ICN simplemente por antigüedad (1936 vs 1985). Por si fuera poco, su descripción original era mucho más completa que la de A. fundyense.

En la localidad original de A. catenella (región de S. Francisco, California) sólo se han descrito secuencias del Grupo I y tanto investigadores como personal involucrado en la vigilancia de las frecuentes proliferaciones tóxicas de Alexandrium en la costa oeste de Norteamérica, Chile, Argentina y el suroeste de África reconocen históricamente el término A. catenella. Mientras, A. fundyense se ha empleado principalmente en estudios locales de la costa este de Norteamérica, en la bahía de Fundy  y golfo de Maine. Pero en la justicia todo es posible y hasta que el juez dicta sentencia no hay nada escrito.

Y el “juez” se pronunció en febrero de 2017. El comité para la nomenclatura de las algas publicó en Taxon su informe nº15 en el cual (por 12 votos a favor y 1 en contra), rechazaba la propuesta 2302 convencida por los argumentos de Fraga y col., dando prioridad a la nomenclatura de A. catenella sobre A. fundyense (Fin)

Agradecimientos: a Santi Fraga por información empleada para elaborar esta entrada.

Referencias:

-Fraga S. y col. Arguments against the proposal 2302 by John & al. to reject the name Gonyaulax catenella (Alexandrium catenella). Taxon 64:634-635 (2015)
-John U. y col. Formal Revision of the Alexandrium tamarense Species Complex (Dinophyceae) Taxonomy: The Introduction of Five Species with Emphasis on Molecular-based (rDNA) Classification. Protist 165:779-804 (2014)
-John U. y col. (2302) Proposal to reject the name Gonyaulax catenella (Alexandrium catenella) (Dinophyceae). Taxon 63: 932-933 (2014)
-Lilly E.L. y col. Species boundaries and global biogeography of the Alexandrium tamarense complex (Dinophyceae). J. Phycol. 43:1329-1338 (2007)
-Prud’homme van Reine W.F. Report of the Nomenclature Committee for Algae: 15. Taxon 66:191-192 (2017)
-Whedon WF & Kofoid CA. Dinoflagellata of the San Francisco Region. I. on the skeletal morphology of two new species: Gonyaulax catenella and G. catenella. Univ. Calif. Publ. Zool. 41:25-34 (1936)

Jugando a la ruleta rusa

Hoy trataremos de parásitos de microalgas y de su estrategia para infectarlas. Pero antes les hablaré de otro parásito cercano genéticamente. El responsable de la malaria en humanos: Plasmodium.

Plasmodium falciparum (fase gametocito, en azul), entre glóbulos rojos de la sangre. Autor: M. Llinás. Fuente: Penn State University

Plasmodium es un género de protistas heterótrofos (Alveolata, phylum o subphylum Apicomplexa) que infecta animales (mamíferos, reptiles y aves), usando como vectores a varios géneros de mosquitos (Culex, Aedes, Anopheles, etc).

Los Apicomplexa son endoparásitos que comparten un ancestro común con los dinoflagelados. Poseen un plástido modificado (apicoplasto) que ha perdido los pigmentos y su función fotosintética original.

El apicoplasto cumple tareas esenciales en el metabolismo de Plasmodium y ofrece una diana específica para tratamientos contra la malaria.

En 2008 Moore y col. publicaron en Nature la descripción de Chromeria velia, una especie fotosintética más próxima a Apicomplexa que a los dinoflagelados.

Chromera velia. Fuente: NCMA

La sorpresa fue que su cloroplasto carecía de clorofilas c (típicas de protistas en la línea evolutiva roja) y poseía como carotenoide principal un isómero de isofucoxantina.

Entre más de 100 especies de Plasmodium apenas 4 ocasionan malaria en humanos (5 si incluímos P. knowlesi que aunque afecta a macacos se ha descubierto recientemente que produce zoonosis: transmite malaria de animales a personas).

La OMS estima que en 2015 hubo 214 millones de casos de malaria con 438.000 muertes: la mayoría niños, en África.

No existen vacunas eficaces contra la malaria. Según la OMS, la más avanzada y prometedora es la RTS,S que actúa contra Plasmodium falciparum, la especie más mortífera a nivel global, dominante en África.

Anopheles freeborni. Fuente: CDC

Plasmodium se transmite mediante mosquitos Anopheles hembra pertenecientes a unas 30-40 especies de entre las más de 400 conocidas. ¿Por qué las hembras? porque son las que se alimentan de sangre (los machos, de néctar).

Aunque muchas especies de Anopheles son incapaces de transmitir el parásito a personas, otras se infectan fácilmente y producen grandes cantidades de esporozoítos, la fase del ciclo de vida que afecta a los humanos.

En mosquitos tiene lugar la reproducción sexual y en humanos la fase asexual. Al mosquito no le sucede nada, tan sólo es el vector. En él se desarrolla un “ooquiste”, que libera los esporozoítos que infectan a las personas tras la picadura del insecto.

Ciclo de vida de Plasmodium. Fuente: Parasitología clínica

La infección de Plasmodium parasita y destruye hepatocitos y glóbulos rojos, liberando de los últimos células sexuales (gametocitos) que ingieren los mosquitos al alimentarse, cerrando así su ciclo de vida.

Las distintas especies de Anopheles se consideran “antropofílicas” o “zoofílicas” según prefieran picar a humanos u otros animales.

Se piensa que las especies de Plasmodium que infectan mamíferos evolucionaron a partir de las que atacaban reptiles y aves…

…y los endoparásitos de microalgas son también Alveolata, como Plasmodium.

Pertenecen a dos phylum próximos a Apicomplexa: Perkinsozoa (géneros Parvilucifera y Rastrimonas) y Dinoflagellata (Amoebophrya). Rastrimonas afecta a microalgas de agua dulce: sólo se conoce una especie, R. subtilis >infecta> criptofíceas. Amoebophrya agrupa a 7 especies de dinoflagelados parásitos que afectan a radiolarios, cnidarios, quetognatos, ciliados, dinoflagelados y posiblemente más organismos marinos.

De Parvilucifera ya nos ocupamos en “Un alien bueno”. Son parásitos marinos que afectan únicamente a dinoflagelados. Son generalistas, afectan a múltiples géneros (excepto Parvilucifera prorocentri). Actualmente se conocen 5 especies, la última P. corolla (Reñé y col. 2017) descubierta en el litoral de Cataluña (Mediterráneo NO) e Islas Canarias (Atlántico NE).

En un trabajo reciente, Alacid y col. (2015) describieron en detalle el proceso de infección de Parvilucifera sinerae. Y sus similitudes con Plasmodium falciparum poseen un gran interés añadido…

Citando a la propia autora (Elisabet Alacid):”Aunque las coincidencias entre los dos parásitos son parciales, el hecho de tener en cultivo este modelo sencillo de hospedador-parásito marino […] permite utilizarlo como modelo de laboratorio para estudiar de forma segura ciertos aspectos importantes del parásito de la malaria” (Fuente: dicat.csic.es, 31-XI-2015).

Proceso de infección de Alexandrium minutum por el parásito Parvilucifera sinerae (microscopio confocal). La fluorescencia verde muestra el parásito, la roja es la clorofila de la célula hospedadora y la azul representa los núcleos, tanto del hospedador como del parásito. A) Célula de A. minutum infectada por una célula de P.sinerae. B) El parásito creciendo en el interior del hospedador a la vez que lo consume. C) Multiplicación del parásito. D) Descendencia del parásito, a partir de una sola célula de parásito surgen 250 nuevas. Autor: Alacid y col (2015). Fuente: DICAT.CSIC.ES

Mientras que Plasmodium desarrolla su ciclo de vida en los fluidos vitales del vector (mosquito) y animales, Parvilucifera habita en el medio marino y no utiliza ningún vector. Las propias zoosporas (equivalentes a los esporozoítos de Plasmodium), localizan e infectan nuevos huéspedes: dinoflagelados en vez de células hepáticas o de la sangre.

P. sinerae completa su ciclo de vida en 3-4 días desde las zoosporas móviles hasta la infección y desarrollo de un esporangio en el huésped que termina por destruirlo. Luego permanece latente hasta que una señal del medio activa la liberación de zoosporas.

Garcés y col. (2013) descubrieron el papel que juega el DMS (dimetilsulfuro) y su precursor (DMSP) para estimular la liberación de zoosporas a partir de los esporangios de P. sinerae. (Leer más aquí).

En ausencia de un vector ¿seleccionan las zoosporas de Parvilucifera a su huésped o todo depende del azar?

La virulencia de Parvilucifera es muy variable según el género de dinoflagelados, especies e incluso entre cepas de una misma especie.

Un estudio reciente del mismo grupo dirigido por Esther Garcés del ICM-CSIC (Alacid y col. 2016), exploró la posibilidad de que las zoosporas sean selectivas y escojan a los huéspedes más susceptibles.

Para ello, examinaron la atracción de las zoosporas hacia diminutas jeringas cargadas con DMS/DMSP o exudados de 3 tipos de cultivos de dinoflagelados >>> (1) altas tasas de infección (Alexandrium minutum), (2) que se infectaban poco (Heterocapsa niei) o (3) totalmente inmunes (Amphidinium carterae).

La primera conclusión del estudio fue que las zoosporas no se sentían atraídas por el DMS/DMSP. Y la segunda fue que los exudados de dinoflagelados sí atraían a las zoosporas, pero éstas se movían por igual hacia todas las jeringas. Es decir, no son selectivas.

Como en el juego de la ruleta rusa, disparan y disparan al azar hasta que alguna acierta y consigue iniciar una nueva infección !!

Amphidinium carterae “riéndose” de Parvilucifera sinerae. Autor: D. Vaulot. Fuente: WORMS

La abundancia relativa entre las especies de huéspedes potenciales determina las probabilidades de encuentro, el avance y los efectos de la infección en la población. La estrategia generalista de P. sinerae supone un cierto grado de especialización que permite mantener una población residual cuando los huéspedes más susceptibles se pueden contar con los dedos de una mano…

En una comunidad mixta dominada por huéspedes muy susceptibles las zoosporas invadirán rápidamente las especies más abundantes y el grado de infección será pequeño en las demás.

Por el contrario, en un escenario dominado por huéspedes más resistentes, P. sinerae se propaga antes entre la “minoría susceptible” porque los tiempos de generación son menores y el número de zoosporas mayor. Y luego la prevalencia de su infección será mayor entre las especies abundantes y resistentes atacadas ahora por un enemigo más numeroso !!

Referencias:

-Alacid E. y col. New Insights into the Parasitoid Parvilucifera sinerae Life Cycle: The Development and Kinetics of Infection of a Bloom-forming Dinoflagellate Host. Protist 166:677-699 (2015)
-Alacid E. y col. A Game of Russian Roulette for a Generalist Dinoflagellate Parasitoid: Host Susceptibility Is the Key to Success. Front. Microbiol. 7:769. doi: 10.3389/fmicb.2016.00769 (2016)
-Garcés E. y col. Host-released dimethylsulphide activates the dinoflagellate parasitoid Parvilucifera sinerae. ISME J. 7:1065-1068 (2013)
-Jephcott T.G. y col. Ecological impacts of parasitic chytrids, syndiniales and perkinsids on populations of marine photosynthetic dinoflagellates. Fungal Ecology 19:47-58 (2016)
-Moore R.B. y col. A photosynthetic alveolate closely related to apicomplexan parasites. Nature 451:959-963 (2008)
-Ralph S.A. y col. The apicoplast as an antimalarial drug target. Drug Resistance Updates 4: 145–151 (2001)
-Reñé A. y col. Life-cycle, ultrastructure, and phylogeny of Parvilucifera corolla sp. nov. (Alveolata, Perkinsozoa), a parasitoid of dinoflagellates. Eur. J. Phycol. 58:9-25 (2017)