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)

Las algas suicidas

Envejecer y morir forma parte del ciclo de vida que heredamos de nuestros antepasados y que evoluciona de forma distinta en cada especie por la selección natural. Ambos conceptos resultan familiares en seres pluricelulares, pero no son sencillos de entender en microorganismos unicelulares. Por ejemplo el fitoplancton. ¿Las microalgas envejecen? ¿cuándo y por qué se mueren?

Cultivo de la diatomea Ditylum brightwellii. Autor: F. Rodríguez

Hablamos de fitoplancton senescente cuando sus poblaciones se deterioran en condiciones desfavorables, a menudo después de una proliferación que agota los nutrientes. En el laboratorio también observamos células y cultivos “viejos”, con alteraciones en su aspecto normal, color o tamaño, que no se dividen y languidecen o colapsan de repente.

Más allá de esto, que pueden ser “artefactos” de laboratorio, hasta hace pocos años se creía que el fitoplancton era casi inmortal. En teoría podía dividirse hasta el infinito y las pérdidas en el medio natural se explicaban por depredación y/o sedimentación.

Esto, que puede ser cierto para las diatomeas, no funciona tan bien en otros grupos del fitoplancton y para ajustar balances en el ecosistema suelen utilizarse expresiones como “autolisis”, “muerte natural” o “pérdidas internas” que no explican causas ni mecanismos.

En cultivos y en el medio natural se observan colapsos masivos después de proliferaciones (p.ej. de cianobacterias y dinoflagelados) y entre las razones biológicas suelen citarse infecciones por virus, bacterias o parásitos.

Sin embargo, a estos factores se ha unido en la última década el descubrimiento de que el fitoplancton puede “suicidarse” mediante muerte celular programada (MCP). ¿Pero qué sentido tiene autodestruirse?

Las diferentes enzimas de la familia de las caspasas (C), paracaspasas (PC) y metacaspasas (MC) en los reinos de la vida. Sólo faltan las Archaeas, que también tienen actividad caspasa. Fuente: Vercammen y col. (2007)

La MCP se describió hace casi un siglo en plantas como un mecanismo esencial para desarrollar y “esculpir” el organismo, diferenciando estructuras y funciones. Un ejemplo clásico de MCP es la caída de las hojas en otoño.

La MCP es una nueva expresión génica en la célula que activa un programa de autodestrucción mediado generalmente por enzimas proteasas (de la familia de las caspasas, metacaspasas, paracaspasas, etc). Dichas enzimas, relacionadas entre sí, están presentes en todos los reinos de la vida.

Cada una de nuestras células tiene la capacidad de apretar el botón rojo y saltar por los aires !! y mejor que así sea.

El estudio de la MCP en células animales se inició después de su descubrimiento en plantas, y ha progresado más por la relación entre el cáncer y los fallos en la MCP que permiten el crecimiento celular descontrolado en tejidos y órganos dañando su funcionamiento.

Cuando hablamos de muerte celular hay que distinguir entre necrosis y apoptosis, siendo ésta una manifestación morfológica de MCP.

Célula apoptótica. Autor: Steve Gschmeissner. Fuente: Pinterest

La necrosis es una muerte celular “desordenada”, no implica mecanismos genéticos, sólo la pérdida de integridad celular por un estrés insoportable. En cambio, la apoptosis es un proceso ordenado que comporta una serie de cambios morfológicos (fragmentación del ADN, disminución del volumen, formación de cuerpos apoptóticos) consecuencia de la MCP.

Existen otras manifestaciones de MCP como la paraptosis, producida por señales moleculares pero sin intervención de caspasas, que ocurre p. ej. en el cocolitofórido Emiliania huxleyi.

La MCP tiene sentido altruista en un sistema multicelular donde la muerte de células individuales otorga un beneficio para el sistema, bien aniquilando células infectadas, o liberando nutrientes que pueden absorber otras células, manteniendo la homeostasis celular (equilibrio entre división y muerte), regulando cambios ontogenéticos (diferenciación celular y desarrollo de órganos y sistemas), etc.

Poco o nada de esto parece aplicable al fitoplancton… 

Si los individuos de una población no comparten parentesco cada célula es “el sistema” y es inútil inmolarse (por no decir otra cosa) sin una recompensa genética evidente. El parentesco entre células cercanas es poco probable en poblaciones diluidas en el medio natural, excepto en el caso de especies formadoras de cadenas y colonias, o de proliferaciones masivas dominadas por una línea clonal. Dicha situación no parece habitual en el medio acuático y la mayoría de estudios indican que la variabilidad genética se mantiene elevada en las proliferaciones de fitoplancton.

La cuestión es si esas diferencias genéticas son más importantes que las adaptaciones que benefician al grupo y que pueden justificar comportamientos aparentemente altruistas. Al fin y al cabo todos son la misma especie.

La teoría de que la selección puede actuar a múltiples niveles en el fitoplancton (genes, individuos, grupos, especies y conjuntos de especies) es atractiva y significa que los individuos pueden interactuar entre sí contribuyendo a una mejor adaptación del grupo.

Parece lógico que sea así y no que las poblaciones de fitoplancton consten de entes aislados que ni compiten ni interactúan entre sí, como las piedras.

Incluso las bacterias disponen de comportamiento social: la “percepción de quorum“, que regula la expresión génica en función de la densidad de la población. El fitoplancton no va a ser menos.

La vida microbiana no es tan asocial como creíamos. De hecho se ha descubierto la existencia de “comunicación” entre los reinos procariota y eucariota. En concreto entre bacterias del género Sulfitobacter que estimulan la división celular de la diatomea Pseudo-nitzschia multiseries con la que están asociadas (Amin y col. 2015).

Los biofilms bacterianos favorecen la supervivencia y el crecimiento a través una diferenciación celular, mejorando la adaptación al medio. Con el mismo objetivo, los ciclos de vida del fitoplancton son harto complejos e incluyen fases con diferenciación celular, formación de colonias, etc.

Trichodesmium spp. Autora: Dolors Blasco (Leg 6 Malaspina; Océano Pacífico)

En 2004, Berman-Frank y col. descubrieron la existencia de MCP en la cianobacteria Trichodesmium spp., fijadora de nitrógeno y formadora de extensas proliferaciones en aguas tropicales y subtropicales.

Este organismo podría usar la MCP como estrategia para liberar fragmentos pluricelulares de las colonias (hormogonios), que actúan como dispersoras de la población, en condiciones desfavorables (limitación por hierro y fósforo, exceso de luz y estrés oxidativo).

Curiosamente, las metacaspasas se han detectado en cianobacterias marinas coloniales fijadoras de nitrógeno como Anabaena, Trichodesmium y Nostoc, pero no en géneros abundantes y cosmopolitas (aunque no formen blooms), como Prochlorococcus o Synechococcus, que han debido perderlas a lo largo de la evolución.

Entre el fitoplancton eucariota se han encontrado metacaspasas en las líneas evolutivas roja y verde: diatomeas (Thalassiosira), cocolitofóridos (Emiliania), dinoflagelados (Peridinium, Amphidinium, Symbiodinium), clorofíceas (Dunaliella), etc.

Quizás la MCP sea también una desafortunada consecuencia de la existencia de metacaspasas, que cumplen importantes funciones en la transición entre fases del ciclo de vida (de células vegetativas a formas de resistencia o fases sexuales), donde se lleva a cabo la destrucción controlada de ciertos componentes celulares.

Por otro lado, si las metacaspasas caen en manos del enemigo tienes un problema…!!

Emiliania huxleyi. Autor: Sergio Seoane

El cocolitofórido Emiliania huxleyi forma proliferaciones masivas en la superficie del océano que a menudo son infectadas y aniquiladas por virus.

Se conocían muchos virus específicos de E. huxleyi pero lo que no se supo hasta Bidle y col. (2007), es que “secuestran” y ponen a su disposición las metacaspasas de Emiliania como parte de su estrategia de replicación.

El cuento dice así: el enemigo (virus EhV1) roba las armas del castillo (maquinaria genética) y lo revienta desde dentro (activando MCP y la síntesis de metacaspasas). Por supuesto, después de vaciar la despensa y replicarse a sus anchas.

Y la moraleja es: “la expresión y activación de las metacaspasas en cada clon de E. huxleyi determina la susceptibilidad frente a la infección del virus”.

Si te gustó esta entrada puedes votar a “Fitopasión” en la categoría de medioambiente de los premios Blogs20minutos. –El plazo finaliza el 10 de marzo– Muchas gracias !!!

Referencias:

-Amin, S.A. et al. Interaction and signalling between a cosmopolitan phytoplankton and associated bacteria. Nature 522:98-101 (2015).
-Berman-Frank, I. y col. The demise of the cyanobacterium, Trichodesmium spp., via an autocatalyzed cell death pathway. Limnol. Oceanogr. 49: 997–1005 (2004).
-Bidle, K.D. & Falkowski, P.G. Cell death in planktonic, photosynthetic microorganisms. Nature Rev. Microbiol. 2: 643–655 (2004).
-Bidle K.D. y col. Viral activation and recruitment of metacaspases in the unicellular coccolithophore Emiliania huxleyi. PNAS 104:6049-54 (2007).
-Franklin D.J. y col. What is the role and nature of programmed cell death in phytoplankton ecology? Eur. J. Phycol. 41:1-14 (2007).
-Vercammen D. y col. Are metacaspases caspases? JCB 179:375-380 (2007).
-Von Dassow, P. & Montresor, M. Unveiling the mysteries of phytoplankton life cycles: patterns and opportunities behind complexity. J. Planton Res. 33:3-12 (2011).

 

La dama de las clorofilas

El Centro Oceanográfico de Vigo (IEO) en el día de la mujer y la niña en la ciencia.

La Organización de las Naciones Unidas, en su asamblea general de 22 de diciembre de 2015, proclamó el 11 de febrero de cada año como “Día internacional de la mujer y la niña en la ciencia“.

En dicha resolución se menciona que “el acceso y la participación plenos y en condiciones de igualdad en la ciencia, la tecnología y la innovación para las mujeres y las niñas de todas las edades son imprescindibles para lograr la igualdad entre los géneros y el empoderamiento de la mujer y la niña“.

Este objetivo es esencial en la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible de la ONU, un plan de acción a favor de las personas, el planeta y la prosperidad, con la intención de fortalecer la paz universal y el acceso a la justicia.

Porcentaje (por sexo) del personal investigador CSIC 2015. Fuente: CSIC

La brecha en la proporción de mujeres investigadoras respecto a los varones aumenta a medida que subimos en las escalas científicas y cargos de responsabilidad institucionales.

Sobre las causas (El Mundo, 15-IX-2015 o Mujeres con ciencia, 11-II-2017), cabe insistir en que vivimos en un entorno social (al menos en mi país) donde existe un reparto anticuado de roles y estereotipos sexistas, en el que se concede menor valor (y repercusión en general) a los logros de las mujeres respecto a los varones.

La ciencia no es independiente de la sociedad y la cultura de cada país, y la gráfica anterior del CSIC subraya el hecho de que en España estamos lejos de alcanzar la igualdad entre mujeres y varones. Y eso que superamos la media europea: 39% de científicas en nuestro país por un 33% de media en la UE (EuropaPress, 7-II-2017).

Shirley W. Jeffrey. Fuente: Wright y col (2015)

En mi caso querría contribuir recordando a una científica, seguramente la de mayor prestigio que yo haya conocido (varones incluidos): Shirley Winifred Jeffrey.

El nombre de esta investigadora australiana surgía a menudo en nuestro laboratorio mientras realizaba la tesis. Mi tutor, Manuel Zapata, la tenía en un pedestal tanto por su trayectoria científica como por su personalidad.

Quienes la conocieron y trabajaron durante muchos años con ella le dedicaron dos artículos, uno de ellos en vida (Hallegraeff, 2012), conmemorando 50 años de investigación sobre las clorofilas c, y otro póstumo (Wright y col. 2015).

A finales de los 50′ se conocían las clorofilas a y b. Algunos científicos habían sugerido la existencia de una tercera clorofila: la “c“. Pero nadie había conseguido aislarla en estado puro y sólo había conjeturas acerca de su naturaleza química. Shirley consiguió en 1958 un contrato en el CSIRO para resolver el misterio y en 1962 publicó en Nature el método para la purificación y cristalización de la clorofila c en el alga parda Sargassum flavicans.

Cromatograma con las 3 etapas de purificación de la clorofila c (rayas diagonales) para librarla de lípidos contaminantes (círculos negros y blancos en las fracciones 1 y 2). Fuente: Jeffrey (1963).

En realidad, los cristales rojo-oscuro de clorofila c que había conseguido correspondían a dos pigmentos distintos, designados luego como clorofilas c1 y c2, que ella misma aisló y describió en trabajos posteriores.

Como curiosidad, en su boda con Andy Heron (zoólogo), éste le regaló un anillo con una esmeralda que lucía el mismo color que una disolución pura de clorofila c.

En los años 80′ Shirley describió la clorofila c3 en la haptofita Emiliania huxleyi, y detectó otras formas de clorofilas c que fueron descritas formalmente a lo largo de los años por sus spanish colleagues (J.L. Garrido y M. Zapata).

También descubrió a finales de los 60′ que las zooxantelas (microalgas simbiontes de los corales, género Symbiodinium), tenían pigmentos idénticos a los dinoflagelados libres del plancton, con el carotenoide peridinina como principal pigmento accesorio.

Asimismo Shirley fue la primera en detectar grandes cantidades de clorofila b en muestras del giro oceánico del Pacífico Norte, que hoy sabemos corresponden en su mayoría a la cianobacteria Prochlorococcus marinus, el organismo fotosintético más abundante del planeta (descrito por otra mujer, Chisholm y col. 1992, que al igual que Shirley firma S.W. Chisholm).

Era todo un carácter. Gustaaf Hallegraeff llegó como postdoc a su laboratorio a finales de los 70′, y recuerda cuando Shirley le dio con una guía de teléfonos en la cabeza tras discutirle la identificación de una microalga de la colección del CSIRO !! Él añade que tenía razón, pero…

Shirley fue directora del CSIRO Division of Fisheries entre 1981-84, impulsando proyectos que contribuyeron en gran manera al avance de los estudios de microalgas aplicados a la acuicultura en Australia. En reconocimiento le dedicaron la especie Navicula jeffreyae, utilizada como alimento para orejas de mar. La colección de cultivos de fitoplancton del CSIRO que ella misma impulsó (hoy ANACC) es una referencia mundial con más de 1000 cepas.

CSIRO Marine Laboratories (Hobart, Australia). Fuente: CSIRO

Pero sin duda, una de sus obras más importantes fue la monografía “Phytoplankton pigments in oceanography” (Jeffrey y col. 1997) publicada por SCOR-UNESCO, conocida como “Pigment Bible“. En 2011 se publicó un segundo volumen (Roy y col. 2011) en el que también participó asesorando sobre los colaboradores y como revisora.

Su carrera fue larga y productiva. La influencia de sus contribuciones, sobre todo en la caracterización de pigmentos, su análisis y aplicación al estudio del fitoplancton (primero mediante TLC y luego con HPLC a partir de los 80′), le valieron el reconocimiento por parte de la comunidad científica y de la sociedad.

Por citar varios ejemplos, en 1993 recibió la Orden de Australia (establecida en 1975 por la reina Isabel II para reconocer a ciudadanos australianos y de otros países por sus logros o servicios meritorios). En el 2000 recibió la Medalla Gilbert Morgan Smith de la Academia de Ciencias de EEUU (primera persona no estadounidense en recibirla), y en 2001 fue nombrada miembro asociado extranjero de dicha Academia.

Shirley era un modelo a seguir para las nuevas generaciones de investigadoras por sus logros científicos en una época en que la discriminación hacia las mujeres era moneda de uso común. Ella comentó que nunca se sintió marginada pero Wright y col. (2015) piensan que minimizó el asunto. Sin ir más lejos, Shirley firmaba sus artículos como S.W. Jeffrey y ella misma explicó así sus razones:

“When I started publishing my work as a young scientist, it was the convention for women to use their full first names so that their sex would be clear. I thought, ‘Why should sex come into it?’ so I always used my initials. And it did take people a long time before they found out that I was not a man!”

Shirley W. Jeffrey. Fuente: Wright y col. (2015)

La primera vez que visitó Inglaterra, el científico con el que iba a reunirse rechazó hablar con ella cuando se dio cuenta de que S.W. Jeffrey era en realidad la chica del impermeable rojo.

En el mismo artículo biográfico, Wright y col. (2015) incluyen una reflexión que llama tristemente la atención sobre la influencia de los prejuicios sexistas, también en Shirley: “She was a child of her time in this regard and unconsciously divided the world into things that men could do and things that women could do. This was a regular source of frustration to her female staff and colleagues, but it also limited her”.

En el año 2000 Shirley se encontraba en el CSIRO (Hobart, Tasmania). Aunque se había jubilado a los 65 no se lo dijo a nadie y nunca se consideró como tal. Continuaba acudiendo regularmente al laboratorio, inmersa en la investigación de toda su vida sobre pigmentos.

Aquel año se organizaba la IX Conferencia Internacional sobre Fitoplancton Tóxico en Hobart y allí fue donde coincidí con ella por primera vez. Después de una estancia de un mes en el CSIRO recuerdo que le regalamos una foto enmarcada con una puesta de sol en la ría de Arousa desde nuestro laboratorio.

La segunda y última ocasión que vi a Shirley fue en 2006 en la IAEA en Mónaco, durante las jornadas para la preparación del segundo volumen del libro de pigmentos del fitoplancton.

El recuerdo que guardo de ella es, sobre todo, el de su sonrisa. Así como hay gente siempre seria, Jeffrey parecía llevar la sonrisa de serie. Su voz y su aspecto físico parecían frágiles, pero aquella “entrañable abuelita” todavía jugaba al tenis y era además una consumada violinista.

Se trataba sin duda de una persona polifacética, genial y apasionada por su trabajo. Su legado científico, resumido por Wright y col. (2015; S.W. Wright, en este caso un señor), es la mejor despedida para esta entrada:

“First of course, would be her commitment to accuracy, what she called “the purity of the scientific literature.” Second, our writing should “read like a symphony,” meaning that it should be balanced, graceful, and coherent. Third, we should “think of the third world reader,” meaning that we should use clear, simple text for readers with English as a second language. But more generally, the vocabulary and structure of text should make the information easily accessible. Finally, we should see the beauty in life.

Referencias:

-Chisholm SW y col. Prochlorococcus marinus nov. gen. nov. sp.: an oxyphototrophic marine prokaryote containing divinyl chlorophyll a and b. Archives of Microbiology 157: 297-300 (1992).
-Hallegraeff G y col. Tribute to Shirley Jeffrey: 50 years of research on chlorophyll c. Phycologia 51:123-125 (2012).
-Jeffrey SW. Purification and Properties of Chlorophyll c from Sargassum flavicans. Biochem. J. 86:313-318 (1963).
-Jeffrey SW, Mantoura RFC, Wright SW [Eds] Phytoplankton pigments in oceanography: guidelines to modern methods. Monographs on Oceanographic Methodology no. 10, 661 pp. UNESCO Publishing, Paris (1997).
-Wright SW, Hallegraeff G, Mantoura RFC. Biographical Memoirs (S.W. Jeffrey). National Academy of Sciences 18 pp (2015). www.nasonline.org/memoirs

 

Animales antárticos

Nigger y su hamaca. Fuente: purr-n-fur.org.uk

Nigger era un gatito negro que vivía en un barco, un viejo ballenero llamado Terra Nova. Subió a él en Cardiff, en junio de 1910, buscando un rincón cálido y tranquilo. Cuando le encontraron el barco ya había zarpado.

Inconfundible por su bigote blanco, pronto se ganó el cariño de la tripulación. Los marineros le hicieron una hamaca en proa donde se recostaba como un sultán, con almohadón y todo. Además de Nigger, pululaban por el Terra Nova un gato persa y varias ardillas.

También había liebres y otros animales más fuertes y resistentes al frío: ponis siberianos y manchúes, y perros esquimales.

Todos, especialmente ponis y perros, iban camino del peor viaje del mundo.

El Terra Nova visto desde la popa. Autor: H. Ponting. Fuente: Pinterest

Los tripulantes de aquel buque con proa de hierro, propulsado con carbón y vapor (y estupendas vías de agua), formaban parte de la expedición de Robert F. Scott a la Antártida (1910-1913).

Durante la travesía murieron dos ponis y tres perros, pero en los países anglosajones los gatos tienen 9 vidas.

Nigger cayó al mar mínimo un par de veces. Para rescatarlo ponían el barco al pairo y bajaban en un bote. Cuando hizo falta lo reanimaron con brandy.

Glaciar Barne (cabo Evans, 2008). Autor: Adrian Bird

Por fin, el 1 de enero de 1911 su felina mirada contempló (distraída), el horizonte blanco y la inmensidad de hielo y nieve del mar de Ross.

Se adentraron en él hasta fondear cerca del cabo Evans, flanqueados al este por una imponente cordillera y al oeste por el contorno humeante del volcán Erebus.

Scott y sus hombres eligieron aquel lugar en la isla de Ross (unida por hielo al continente), para construir su base de invierno. Junto a ellos desembarcaron 19 ponis y 30 perros.

La cabaña de la expedición Terra Nova, en cabo Evans y el Erebus (3.743 m). Autor: F. Rodríguez

Nigger correteaba entre los marineros mientras se afanaban en descargar trineos, personas, animales, y toda clase de impedimenta despejando la cubierta y bodegas del Terra Nova.

Un día, mientras dormía, no sintió a varias orcas golpeando la bandeja de hielo junto al barco. Intentaban que los perros o el hombre que los controlaba se precipitasen al agua.

A Nigger le encantaba la grasa de foca de Weddell que le daban los marineros.

Era tan glotón que decían que imitaba a los antiguos romanos: comía toda la que podía para luego vomitar y seguir la bacanal.

Paisaje de Cabo Evans desde la cabaña del Terra Nova. A la isla negra le llamaban “Isla Inaccesible”. Autor: F. Rodríguez

El Fram (primer plano) y el Terra Nova (al fondo). Autor: H. Ponting. Fuente: Gettyimages

Después de varios días, el Terra Nova puso rumbo a un lugar cercano, la Bahía de las Ballenas.

Allí descubrieron un barco de casco redondeado como una cáscara de nuez: el Fram de la expedición noruega de Roald Amundsen. Se reunieron con ellos. Amistosos caballeros que no tuvieron reparos en comentar sus planes de lanzarse a la conquista del Polo Sur tras el invierno. Sin preguntar nada a cambio.

En sus palabras y gestos se apreciaba una firme determinación y el informe del encuentro llegó poco después a oídos de Scott.

Luego el Terra Nova regresó a Nueva Zelanda. Al año siguiente volvería para recoger a los expedicionarios.

Nigger desapareció durante una tempestad en el viaje de vuelta a Inglaterra. La última vez que le vieron estaba sobre la verga de gavia baja (vela trapezoidal del mástil), más arriba de lo que solía subir…

Apsley Cherry-Garrard en la cabaña de Cabo Evans. Autor: H. Ponting. Fuente: wikimediacommons

No hablaré de la carrera al Polo Sur sino del benjamín del grupo, Apsley Cherry-Garrard, un joven de 25 años, que anotaba en un diario sus vivencias en el equipo de Scott.

Cherry había estudiado lenguas clásicas e historia moderna en Oxford. De él decían que era “ayudante adaptable” y se empapó cuanto pudo de los conocimientos de sus compañeros más veteranos.

Orcas cerca de cabo Evans. Autor: Adrian Bird.

La suya fue una larga aventura, con varias expediciones en las que asistió a los trabajos científicos de un grupo que incluía biólogos, geólogos, meteorólogos, físicos, etc.

Vivió días felices y jornadas agotadoras muchos meses antes del trágico viaje al Polo Sur (del que solo recorrió una etapa).

Años después publicó “El peor viaje del mundo“, un relato apasionante que describe sus experiencias, la personalidad de sus compañeros y sus intereses científicos.

En su libro habla continuamente de focas, orcas, pingüinos, ballenas y aves, pero hay también lugar para las microalgas:

A menudo la parte inferior de los bandejones aparecía teñida de un extraño color amarillo. Este fenómeno se debe a unas diminutas plantas unicelulares llamadas diatomeas.

Diatomeas de la ensenada de McMurdo. Fuente: curso NSF 2008.

La vida flotante en la Antártida es densísima. <Las diatomeas eran tan abundantes en algunas zonas del mar de Ross que las redes grandes para plancton (que tienen 18 mallas por pulgada [1400 micras de luz]) quedaban en pocos minutos repletas de ellas y de otras especies de fitoplancton.

Es muy probable que en estas regiones las ballenas se alimenten tanto de las plantas como de los animales que componen el plancton> (Cherry-Garrard, 1922)

Vista de la barrera de hielo desde Cabo Crozier. En él se encontraba el criadero de emperadores. Acuarela de “Bill” Wilson. Fuente: Dailymail

Su relato no lo tituló así por el viaje al Polo Sur, sino en recuerdo del que él mismo realizó junto a “Bill” Wilson (médico, zoólogo y pintor) y “Birdie” Bowers, en busca de huevos de pingüino emperador. En pleno invierno antártico.

El interés de Wilson era estudiar la embriogenia del pingüino emperador. En aquella época se creía que el desarrollo embrionario resumía las vidas anteriores, la historia evolutiva de cada especie.

Estimaban que el emperador ocupaba una posición primitiva en el árbol evolutivo de las aves y que su embriogenia podía ofrecer datos acerca del “eslabón perdido” entre aves y reptiles.

Era la primera vez que alguien intentaba alcanzar un criadero de emperadores en esa época del año. A su regreso Cherry resumió el viaje con esta frase: “no teníamos palabras para expresar los horrores que habíamos pasado”.

Pingüinos de Adelia, en el borde del hielo cerca de Cabo Evans. Autor: Adrian Bird.

Durante cinco semanas soportaron terribles condiciones con temperaturas desde -30ºC (suaves) a -60ºC (inhumanas). Estuvieron al borde de la muerte pero les sonrió la suerte, la misma que luego abandonó a Wilson y Bowers en la expedición al Polo Sur.

Hut Point (enero 2008). Autora: Hazel

Consiguieron localizar un criadero con unos 100 emperadores a 70 millas del cabo Evans y traerse de vuelta tres huevos congelados. Cherry los entregó en 1913 al Museo de Historia Natural de South Kensington, donde no les hicieron mucho caso.

Al final los enviaron para su estudio en la Universidad de Edimburgo. Después de todo sus sufrimientos no fueron en vano…

Hut Point. Acuarela de “Bill” Wilson. Fuente: Dailymail

En aquellas expediciones solían hacer escala en la “Punta de la Cabaña” (Hut Point), un refugio construido por la expedición de Scott a bordo del Discovery (1901-04).

Cabo Evans y el refugio del Discovery están separados por 20 km pero aquellos héroes conversaban entre ambas por teléfono !!

Leí el libro de Cherry justo antes de visitar aquellos lugares en enero de 2008 gracias a un curso de la NSF, impresionado por la sensación de entrar en una especie de cápsula del tiempo.

El refugio de “Hut Point”, con la base McMurdo (EEUU) al fondo. Autor: F. Rodríguez

Hoy en día, la base de McMurdo (EEUU) está frente a Hut Point, y hasta cabo Evans se llega sin problemas en helicóptero.

En 2008 había mucho más hielo que en la época de las expediciones de Scott y la bahía frente a McMurdo estaba congelada.

Las investigaciones científicas que iniciaron aquellos pioneros continúan hoy en cada una de las bases antárticas, permanentes y temporales. Eso sí, en condiciones mucho mejores para personas y animales: ya nadie puede, ni necesita, cazar focas y pingüinos para sobrevivir !!

Uno de los perros (Chris) de la expedición de Scott. Autor: H. Ponting. Fuente:miepvonsydow

En 1993 se retiraron los últimos perros gracias a una cláusula del tratado antártico que prohibía la presencia de animales no nativos. El peligro real de contagio de enfermedades a las focas fue uno de los principales motivos.

Los ponis y perros de la carrera del Polo Sur fueron lo que la perrita Laika a la carrera del espacio. Amundsen sólo llevaba trineos de perros bien entrenados y constituyeron una de las razones de su éxito.

Los ponis de Scott aguantaron más de lo que cabría suponer pero el suyo fue un sacrificio inútil: no servían para “el viaje” de 1500 millas.

El Dr. Edward “Bill” Wilson y Nobby (octubre 1911). Autor: H. Ponting. Fuente: freezeframe

Sus nombres eran cuando menos curiosos: Willie Cansino, Jimmy Pig, Chinaman, Uncle Bill…de todos ellos el más fuerte era Nobby.

En una accidentada expedición de otoño consiguieron salvarle la vida saltando bandejones de hielo entre las orcas, mientras otros ponis terminaban en el mar.

La primavera siguiente emprendería el viaje al Polo Sur.

Si han llegado hasta aquí y tienen ganas de más, les recomiendo que lean el libro de Cherry.

Por mi parte prefiero dejar aquí esta historia, con el bueno de Nobby retozando en la nieve.

Referencias:

-Cherry-Garrard, A. El peor viaje del mundo. Ediciones B, 905 pp (2007).

Los indios que cazaban ballenas

Los Makah son una de las 566 tribus nativas americanas de EEUU reconocidas como “naciones domésticas dependientes” bajo tutela del gobierno federal. Fuente: twilight wiki. La imagen de portada es obra de Alex McCarty.

Los Makah son una tribu nativa americana de Neah Bay (WA), el extremo más noroccidental de EEUU, excluyendo Alaska.

El mar era muy importante para los Makah. El origen de su nombre (según tribus vecinas) significa “pueblo generoso con la comida“. Pero en su lengua, los Makah se hacían llamar “qwi-dich-cha-at“: el pueblo que vive cerca de las rocas y las gaviotas.

Sus tierras originales poseían densos bosques en el interior y una extensa costa, lindando con el estrecho de Juan de Fuca y el océano Pacífico.

Al igual que otras culturas indígenas aprovechaban los recursos naturales en cada época del año con una sabiduría y respeto profundos a los animales y plantas que aseguraban su sustento. La fauna marina les proveía de alimentos básicos y de enorme valor comercial, como las pieles de nutria de mar.

Territorio original de los Makah (gris) y reserva actual (polígono blanco en el extremo noroeste). Fuente: nwcoastindians

Para hacerse al mar construían largas canoas con madera de cedro rojo que podían tener velas. Los Makah eran navegantes expertos y no les preocupaba alejarse y perder de vista la tierra.

Cazaban ballenas, focas y nutrias de mar, además de pescar fletán, salmones y recolectar marisco en sus costas.

La caza de ballenas era un orgullo para los Makah y una tradición muy importante. Incluía rituales y ceremonias espirituales, e inspiraba canciones, danzas y motivos de artesanía. De ellas aprovechaban la carne y la grasa. También usaban huesos de ballena para fabricar objetos diversos y adornos personales.

El contacto con europeos a finales del s.XVIII fue desastroso para su sociedad y la transmisión de su cultura, debido a las muertes por culpa de enfermedades como la viruela y la gripe.

En 1855 firmaron un tratado con EEUU según el cual cedieron casi todo su territorio a cambio de mantener sus derechos de caza y pesca. Abandonaron la caza de ballenas a comienzos del s.XX (en 1999 capturaron la primera en 70 años), pero los productos del mar (y el marisco en particular), continúan siendo esenciales en la dieta de los Makah. Aquí quería yo llegar…

Pescadores Makah arrastrando una ballena (1914). Autor: C. Asahel. Fuente: University Libraries

El marisco de la costa oeste de Norteamérica puede contener niveles peligrosos de toxinas paralizantes debido a proliferaciones de dinoflagelados como las del género Alexandrium.

Entre las citas históricas de intoxicaciones en la costa oeste destaca la muerte de 100 cazadores rusos en 1799 tras consumir mejillones en Alaska.

Desde 1957 existe en el Estado de Washington un programa de control y análisis de toxinas en moluscos. Los cierres para evitar intoxicaciones por toxinas paralizantes (PSP, Paralytic Shellfish Poisoning) son habituales cada año entre abril y octubre en la región de los Makah. Pero ellos mantienen su propio criterio y costumbres al respecto.

Conocen perfectamente el riesgo de consumir marisco contaminado pero suelen recogerlo en zonas que consideran seguras. Y no sólo esto: un estudio antropológico reveló que muchos se creen inmunes a las toxinas. Cierto es que los Makah apenas sufren intoxicaciones.

Fiesta anual “Makah Days” (2014). Fuente: Makah.com

Su tradición oral menciona fiestas tribales en las que compartían marisco con miembros de otras tribus. Si los visitantes enfermaban, a los Makah, consumidores habituales de moluscos, no les ocurría nada.

Las toxinas paralizantes (p.ej. saxitoxinas y tetrodotoxinas) bloquean la transmisión de impulsos nerviosos al interferir en el funcionamiento normal de proteínas transmembranales (canales de sodio (Na+) dependientes de potencial), provocando parálisis neuromuscular y el síndrome PSP que puede ser mortal.

En moluscos la acumulación y eliminación de toxinas paralizantes es muy variable según la especie. La mayoría de bivalvos son relativamente insensibles porque sus nervios y músculos utilizan principalmente canales de Calcio (Ca+).

Mya arenaria. Autor: F. André. Fuente: DORIS

Pero las saxitoxinas pueden ser fatales en fases juveniles de su ciclo de vida. Como respuesta, Bricelj y col (2005) demostraron que poblaciones de almejas de Nueva Inglaterra (Mya arenaria) expuestas de manera crónica a saxitoxinas, poseían mutaciones genéticas que aumentaban 1000 veces su resistencia.

La simple sustitución de un aminoácido es responsable de esta ventaja adaptativa (peligrosa para la salud pública ya que podrían acumular más toxinas que sus congéneres “normales”).

Para descubrir si existen bases genéticas que apoyen la creencia de los Makah, Adams y col (2016) se inspiraron en el ejemplo de las almejas.

Tomaron muestras de ADN a 83 individuos (usando palillos bucales), y rastrearon aquellas mutaciones que reducirían la afinidad de la saxitoxina por el canal de Na+ en músculo esquelético (Nav 1.4).

¿Y qué encontraron? Nada, ni asomo de dichas mutaciones…

Mujer Makah (1915). Autor: E.S. Curtis. Fuente: Northwestern University

Es más: en los períodos de cierre por saxitoxinas los Makah no alteraron aparentemente sus hábitos de recolección ni de consumo de marisco. Adams y col. dejan entrever estupefacción. No tienen conclusiones del todo claras.

Descartan prácticamente otras mutaciones genéticas y siembran dos nuevas hipótesis:

<1> Quizá las concentraciones de saxitoxinas no sean lo suficientemente elevadas (las últimas muertes por PSP en la región ocurrieron en 1942) en comparación a la costa este (donde se estudiaron las almejas).

<2> Los Makah no han estado expuestos tanto tiempo como para favorecer la selección de mutaciones (los tiempos de generación en almejas y humanos no son comparables !!).

La selección natural en almejas sólo se ha demostrado en zonas expuestas a niveles muy altos de saxitoxinas a lo largo de períodos prolongados.

Formas de resistencia (quistes) de Alexandrium tamarense. Autor: David Wall. Fuente: WHOI

Un ejemplo de esto serían zonas de la costa este de Norteamérica como la Bahía de Fundy (Canadá), un “punto caliente” de saxitoxinas debidas a proliferaciones de Alexandrium, donde la almeja más consumida es Mya arenaria. Allí, los valores máximos de toxinas PSP son casi 20 veces superiores a los de la región de los Makah.

Mientras, las exposiciones cortas a niveles intermedios de toxinas producirían efectos subletales (parálisis e inhibición del crecimiento) en vez de muerte directa y selección de poblaciones resistentes.

Una cosa es cierta: el riesgo para la salud de los Makah es obvio debido a su consumo habitual de marisco en una región afectada por PSP. Y hasta que alguien demuestre lo contrario, no hay pruebas de que sean más resistentes a las toxinas.

Se desconocen los efectos subletales de la exposición crónica en humanos, pero si alguien tiene tentaciones de comerse una bandeja de mejillones/almejas/ostras/vieiras sin control de toxinas, el informe FAO sobre PSP nos despeja las dudas de un plumazo:

Célula vegetativa de A. tamarense. Fuente: dblab.rutgers.edu

“En casos leves, los síntomas clínicos de intoxicación con PSP incluyen una sensación de hormigueo o entumecimiento alrededor de los labios […] Luego el hormigueo o entumecimiento se extiende progresivamente por el rostro y el cuello. Con frecuencia, el paciente experimenta […] cefaleas, mareos, nauseas, vómitos y diarrea y, ocasionalmente, también ceguera temporal. La mayoría de los síntomas aparecen rápidamente (en cuestión de horas), pueden durar varios días […] En intoxicaciones moderadamente graves, la parestesia se extiende a los brazos y las piernas […] Con frecuencia se observan manifestaciones del cerebelo, como ataxia, falta de coordinación motora […] Las primeras dificultades respiratorias se manifiestan con una sensación de ahogo alrededor de la garganta. En casos de intoxicación grave […] entre dos y 24 horas luego de la ingestión el paciente presenta dificultades respiratorias graves y muere por parálisis respiratoria.” FAO (2005)

Referencias:

-Adams NG y col. Assessment of sodium channel mutations in Makah tribal members of the U.S. Pacific Northwest as a potential mechanism of resistance to paralytic shellfish poisoning. Harmful Algae 57:26-34 (2016).
-Bricelj VM y col. Evidence of selection for resistance to paralytic shellfish toxins during the early life history of soft-shell clam (Mya arenaria) populations. Limnol. Oceanogr. 55:2463-75 (2005).
-Estudio FAO. Alimentación y nutrición: Biotoxinas marinas. pp. 292 (2005). Disponible en FAO.

 

 

 

Arte y biología marina

Hoy les contaré tres historias sobre arte, diseño creativo y biología. El mundo marino y en particular las algas (o alguna propiedad como la bioluminiscencia) juegan un papel esencial en cada una de ellas.

1. Preparaciones ornamentales de diatomeas


Preparación con frústulas de diatomeas, escalas de alas de mariposa y otros insectos. Autor: H. Dalton (s. XIX). Fuente: A cabinet of curiosities

La era victoriana, asociada al reinado de Victoria I de Inglaterra (1837-1901), fue una época de hegemonía mundial del Reino Unido por el impulso de su economía, industria e imperio colonial.

Durante dicho período, la expansión de las clases medias y el interés por las ciencias naturales estimuló la creación de sociedades y clubes donde los microscopios y las preparaciones de muestras eran algo habitual.

Y no sólo por su valor educativo sino como mero entretenimiento…

Preparación de diatomeas. Autor: Osamu Oku. Fuente: The Mainichi

Fue así como surgió una demanda comercial de preparaciones de insectos, fósiles, botánica, cristales y (cómo no!!) organismos marinos: foraminíferos, radiolarios, espículas de esponjas y diatomeas.

Preparación de diatomeas. Autor: Stefano Barone. Fuente: Diatomshop

Después de eliminar la materia orgánica de las diatomeas con tratamientos químicos, sus frústulas de silíce lucen como cristales con un sinfín de formas.

Este arte victoriano con diseños basados en diatomeas sigue vivo en nuestros días gracias a artistas de lo microscópico como Klaus Kemp, Osamu Oku y Stefano Barone, entre otros.

Colocar las diatomeas en el lugar preciso parece tarea de orfebres o relojeros. Como curiosidad, Osamu Oku aprovecha las pestañas que le caen (al lavarse la cara por ejemplo), como herramientas para desplazar las frústulas y elaborar sus diseños.

En España la mejor colección (una de las más extensas del mundo), es la de Ernesto Caballero y Bellido, datada entre 1891-1927 y conservada en el MNCN de Madrid. En este vídeo podemos ver cómo trabaja Klaus Kemp, considerado erróneamente el último exponente de este arte en la web de la Smithsonian.

2. La biología en la música de Björk


Björk en la inauguración de los XXVIII Juegos Olímpicos de Verano (Atenas, 2004). Fuente: Athens-Greece

Otra artista que introduce la biología en su obra, esta vez musical, es la cantante Björk.

En su discografía aparecen referencias continuas a la naturaleza (inspirada especialmente por su Islandia natal).

No es casualidad que a raíz de su disco “Biophilia” (2011), protagonizase junto a David Attenborough el documental “When Björk Met Attenborough“, rodado en parte en el Museo de Historia Natural en Londres.

Las influencias orgánicas en la música de Björk destacan en muchos de sus videoclips (como “Jóga” o “Virus“), a menudo obras de arte de un poderoso lenguaje visual y simbolismo, con realizadores de cine como Michel Gondry, Lars von Trier o Spike Jonze.

En el videoclip de “Oceania“, Björk canta en el fondo del mar rodeada por los únicos efectos de bioluminiscencia que he podido encontrar en el mundo del pop (así como de medusas y seres imaginarios). La propia Björk actuó con este tema durante la ceremonia inaugural de los Juegos Olímpicos de Atenas.

3. Diseños textiles y ciencias marinas


La última historia tiene a dos protagonistas con sede en Escocia y Alemania: Crùbag y Blond & Bieber.

Diseño de Crùbag inspirado en biología marina. Autor: G. Martínez. Fuente: BBC News

CRÙBAG es el estudio de diseño de Jessica Giannotti, quien aprovecha su formación en ciencias marinas para crear motivos originales en complementos de moda y decoración.

Su sede es un antiguo laboratorio del SAMS (Scottish Association for Marine Science) en Oban. Parte de los beneficios con la venta de los diseños se dedican a nuevos proyectos de investigación.

Descubrí a Crùbag en la reciente Conferencia Internacional de Fitoplancton Tóxico (ICHA) de Brasil, donde presentaron parte de sus colecciones.

Entre ellas poseen, por ejemplo, la Flora Collection inspirada en la investigación sobre algas nocivas y la Murray Collection que conmemora los 130 años del SAMS y el legado de uno de sus científicos más destacados, el oceanógrafo Sir John Murray (1841-1914), que participó en la famosa expedición HMS Challenger (1872-76).

BLOND & BIEBER es el estudio de diseño de Johanna Glomb y Rasa Weber, con sede en Berlín.

Uno de sus proyectos es Algaemy en el que exploran las posibilidades artísticas y creativas de las microalgas, mediante una impresora textil y un proceso artesanal en el que usan pigmentos de fitoplancton.

Con ambas diseñadoras y el siguiente vídeo donde muestran la sorprendente elaboración de sus diseños me despido por hoy.

Referencias:

Le Plancton. Traducción al francés del libro “Zukan Plancton” (Sociedad Japonesa de Plancton, 2011). Ediciones de la Station Biologique de Roscoff. 135 pp. (2014).

 

La tercera ley de Clarke

“Cualquier tecnología lo bastante avanzada es indistinguible de la magia.”

Arthur C. Clarke (Perfiles del Futuro, 1973)

La distancia más pequeña que podemos distinguir a simple vista está en torno a los 0.1 milímetros y para ampliar objetos y seres diminutos empleamos artilugios como lupas y microscopios. Pero la propia luz tiene límites de resolución y la observación con mayores aumentos (por ejemplo de virus, <100 nm), sólo fue posible gracias a tecnologías inimaginables en un pasado no tan lejano.

Microscopios sin luz >> microscopios electrónicos

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C.A.T. Sheldon no distingue bien el verde del rojo (como los daltónicos deuteránopes). Autor: F. Rodríguez.

Los ojos detectan las señales luminosas gracias a células fotoreceptoras (conos y bastones) en la retina. Los bastones (95% de fotoreceptores) permiten detectar cambios de intensidad mientras que los conos (5%) son responsables de la visión en color.

La mayoría de la población es tricrómata, posee tiene 3 tipos de conos que permiten distinguir el espectro de colores del arcoiris.

Los daltónicos (o ciegos al color), presentan modificaciones o ausencias de algún tipo de cono (p.ej. dicrómatas). No pueden diferenciar algunos colores o en casos severos (acrómatas) sólo ven escala de grises.

Aprovecho esto para desmentir la frase de que “los perros ven en blanco y negro“. No es verdad: los perros son dicrómatas (también los gatos).

Los bastones son 40 veces más sensibles a la luz que los conos y por ello al observar organismos en el microscopio con una luz tenue (como la autofluorescencia de los pigmentos en microalgas o sondas fluorescentes) necesitamos una habitación oscura para apreciarlos bien y evitar la saturación de la rodopsina de nuestros bastones.

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La naturaleza dual de la luz. Autor: S. Tanzilli. Fuente: Newsbuzzonlive

¿Y qué es la luz? radiación electromagnética con longitudes de onda (λ) entre 400-750 nm.

Su naturaleza dual (“onda-partícula”) es desconcertante, pero disponemos de ecuaciones matemáticas (gracias a Maxwell, Einstein y muchos otros), que describen su comportamiento y la energía, frecuencia y λ de las partículas o fotones que la integran.

Los fotones son el material de cualquier clase de radiación electromagnética, no sólo de la luz visible, que como ustedes saben es una pequeña rendija del espectro electromagnético.

El color está asociado a la energía y λ de dichos fotones y el violeta y el rojo son las manifestaciones extremas en el espectro visible.

Ernst Abbe (“padre” de la óptica moderna) demostró que el límite de resolución (d) de una imagen depende de:

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Disco de Airy: puntos en el microscopio (arriba) y el límite de resolución que impone el frente de ondas de la radiación (debajo). Fuente: Zhou y col. (2007)

  • La longitud de onda de la radiación incidente.
  • La apertura numérica (NA: función del índice de refracción del medio, 1 para el aire y 1.33 para el agua).

…Y la ecuación es: = 0.612 λ / NA.

A medida que aumentamos la imagen de un objeto bajo un microscopio óptico nos acercamos al límite de resolución que alcanzamos con la luz (∼200 nm).

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Coscinodiscus sp. (diatomea). Microscopio óptico (400X). Autor: F. Rodríguez

Si queremos ver con nitidez cosas más pequeñas necesitamos emplear partículas con menor λ que los fotones de luz. Un buen símil serían los píxeles de una imagen.

Si queremos ampliarla sin perder resolución necesitamos píxeles más pequeños: la luz visible tiene píxeles demasiado gruesos para diferenciar los detalles más sutiles de la superficie o el interior de una célula.

Así que un buen día a alguien se le ocurrió utilizar electrones, más energéticos y con λ menores (2-12 picómetros según la configuración del equipo), para obtener imágenes más allá de la resolución de la luz.

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Fuente: cs.brown.edu

Ése “alguien” fueron en realidad Max Knoll y su estudiante Ernst Ruska (Nobel de física en 1986), quienes desarrollaron a comienzos de los años 30′ el primer microscopio electrónico de transmisión.

Posteriormente se crearon otros sistemas como el de barrido, con menor resolución pero capaces de obtener imágenes en 3D.

La naturaleza de esta técnica impide observar organismos vivos, pero a quién le importa…

 

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Coscinodiscus sp. a 1000X (izquierda), con detalle de los poros en la zona central a 10.000X. Microscopio electrónico de barrido. Autores: J. Méndez y F. Rodríguez (MEB del C.A.C.T.I., Universidade de Vigo).

¿Cómo funciona un microscopio electrónico?

Sustituyen la luz y las lentes del microscopio óptico por un haz de electrones y electro-imanes. Los electrones, como toda materia, tienen naturaleza dual “onda-partícula” pero la suya es una radiación ionizante capaz de extraer electrones a los átomos.

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MEB. Fuente: ACMAL

Las imágenes representan distribuciones de intensidad electrónica y al no intervenir la luz aparecen sólo en escala de grises.

La técnica de barrido (MEB o SEM en inglés) utiliza un haz de electrones focalizado en vacío para escanear la superficie del objeto, produciendo diversas señales electrónicas en los átomos de la muestra que son recogidas por un detector y convertidas a una imagen visual.

En los MEB actuales, la fuente de electrones suele ser un cañón de emisión de campo, con tungsteno como fuente de electrones. Llegan a alcanzar hasta 500.000X con una resolución de 1.5 nm.

Resulta imprescindible trabajar en vacío, para evitar la dispersión del haz electrónico. En el caso de que las muestras tengan origen biológico es necesaria una preparación previa que incluye recubrirlas de metal (oro, plata, platino, u otros no preciosos como cromo, titanio, wolframio, etc).

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Señales generadas por un haz de electrones en MEB. Fuente: Zhou y col. (2007).

Una vez que el haz de electrones incide en la superficie de la muestra éstos penetran hasta una cierta distancia antes de colisionar con sus átomos.

La profundidad de penetración depende de la energía del haz: a menor energía mayor resolución en la superficie del objeto.

Si aceleramos los electrones se pierde resolución y las superficies se muestran suavizadas.

El haz de electrones incidente o primario produce diversas señales, que incluyen electrones y rayos-X (los cuales proporcionan información útil en técnicas de microanálisis químico).

Respecto a las imágenes, la señal más utilizada en un MEB es la que procede de los electrones secundarios.

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Criptofita (Teleaulax) de nuestra colección CCVIEO. Autores: J. Méndez y P. Rial (MEB del C.A.C.T.I., U. Vigo)

Éstos poseen baja energía y apenas escapan unos pocos nanómetros de la superficie de la muestra. Indican con precisión la posición del haz incidente y facilitan información topográfica con buena resolución (superior a los 10 nm).

En este blog podrán encontrar imágenes de MEB espectaculares en Maravillas de Canarias.

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Micromonas (Mamiellophyceae), imagen coloreada de MET. Autores: Worden AZ y col. Fuente: JGI

En el caso de la técnica de transmisión (MET o TEM en inglés), se analizan muestras ultrafinas y la imagen procede de patrones de distribución e intensidad de electrones que atraviesan al objeto.

¿Diferencias con el MEB? las imágenes son en 2D y su resolución superior –podemos observar la ultraestructura celular, virus y macromoléculas

Siempre es buena idea regalar libros por Navidad y les confesaré que la culpa de esta entrada la tienen estas obras apasionantes de divulgación:

El mundo como obra de arte” (Frank Wilczek: Crítica, 2015)

Todo es cuestión de química” (Deborah García Bello: Paidós, 2016)

…Y sobre todo El ojo desnudo” (Antonio Martínez Ron: Crítica, 2016)

Son libros muy distintos que explican la naturaleza del mundo, los átomos y la luz de manera fascinante y rigurosa. Con ellos termino la última entrada del año y desde aquí les deseo lo mejor para el 2017 !!

Referencias:

-Murphy DB. Fundamentals of light microscopy and electronic imaging. Wiley-Liss, 357 pp. (2001).
-Williams DB & Carter CB. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science, Volumen 2. Springer, 820 pp. (2009)
-Zhou W. y col. Fundamentals of scanning electron microscopy. En: Scanning microscopy for nanotechnology. Springer, 522 pp. (2007).

 

 

La invasión de los trífidos

Los trífidos no existen, son plantas nacidas de la imaginación de John Wyndham y la novela “El día de los trífidos” (1951). Otra pesadilla en forma de criaturas monstruosas inspirada por la guerra fría.

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Adaptación al cine dirigida en 1962 por Steve Sekely. En 2018 está previsto el estreno de una nueva versión dirigida por Mike Newell (Harry Potter y el cáliz de fuego). La imagen superior es un cuadro de trífidos realizado por Chris Hobel

Su naturaleza era una incógnita, no se parecían a ningún ser vivo. Todo apunta a que los crearon en un laboratorio ruso (en Siberia para más señas), y que sus semillas se dispersaron por “accidente” en la atmósfera.

Crecieron por todas partes. En zonas tropicales alcanzaban 3 metros de altura. A partir de cierto tamaño los trífidos recogen raíces y se echan a andar.

Los trífidos son útiles, producen un aceite muy valioso. Pero poseen un lado oscuro: son carnívoros y agresivos, desde insectos a humanos todo les vale. Usan un cáliz pegajoso para atrapar insectos y una prolongación superior armada de un aguijón venenoso como látigo para cazar otros animales. Si les podas el aguijón se acabó el problema, pero el aceite empeora.

Así que en los campos de cultivo les dejan los aguijones y los atan para que no se vayan de paseo. Los trabajadores usan trajes protectores para evitar cualquier daño. Sin embargo, el biólogo Bill Masen resulta atacado por uno (los biólogos siempre son los “pupas“), y pierde temporalmente la visión. Durante su convalecencia sucede un hecho extraordinario que da comienzo a la novela y hasta aquí puedo leer !!

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Asterionellopsis glacialis. Autor: Karl Bruun. Fuente: Algaebase

Aditee Mitra (Univ. de Swansea) usó los trífidos como metáfora para referirse al microplancton mixótrofo en un artículo de divulgación titulado “Uncovered: the mysterious killer triffids that dominate life in our oceans” (The Conversation, 3-XI-2016).

La sección de ciencia de El País se hizo eco del mismo con este titular: “Los misteriosos ‘mixótrofos’ asesinos que dominan la vida en los océanos” (23-XI-2016). Pero la imagen que abre el texto pertenece a una “inofensiva” diatomea, Asterionellopsis glacialis, el peor ejemplo de mixótrofo (porque no lo es). Y sirve de entrada a un vídeo que muestra diferentes seres del zooplancton, organismos heterótrofos que nada tienen que ver con los mixótrofos.

En el artículo original aparecen imágenes de mixótrofos facilitadas por la propia autora. La falta de rigor en las ilustraciones de El País es clamorosa. Si el artículo tratase de plantas carnívoras ¿lo ilustrarían con un geranio? seguro que no. A poca gente le importa y las imágenes que usaron son bonitas (casi todas de Tara Oceans), pero la divulgación científica necesita del mismo rigor y respeto que las demás noticias.

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Pequeños “trífidos”: protistas mixótrofos. Fuente: The Conversation

Los protistas mixótrofos son vegetales y animales a la vez: microplancton que obtiene su energía vital gracias a la fotosíntesis y captura (fagocitosis) de presas. Pues bien, una fracción importante del fitoplancton eucariota es mixótrofo, igual que los trífidos.

Tradicionalmente, los protistas se clasifican como plancton vegetal (fotoautótrofos=fitoplancton) o animal (heterótrofos=zooplancton). Pero su historia evolutiva y las huellas genéticas en su ADN son la mejor prueba de lo erróneo de esta simplificación.

El genoma de las algas es un mosaico con piezas de múltiples organismos resultado de la fagocitosis y posterior endosimbiosis (temporal o permanente) de cianobacterias u otras algas, cuyo ADN ha sido incorporado para integrarlas en la maquinaria celular del huésped y proporcionarle nuevas capacidades (como la fotosíntesis).

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Sucesión temporal de grupos funcionales en el ecosistema planctónico. Fuente: Mitra y col. (2014)

En el artículo “Building the perfect beast: modelling mixotrophic plankton“, Flynn & Mitra (2009) exploran con modelos matemáticos las ventajas que conceden diferentes tipos de mixotrofía a los protistas, como una mayor flexibilidad para explotar los recursos e interactuar en las redes tróficas.

No es sólo clasificarlos a lo largo de un rango que iría entre 100% autótrofo o heterótrofo, sino modelar cómo expresan ambas cualidades en función de las condiciones ambientales y aumentar su crecimiento en modo “mixótrofo” respecto a cuando sólo actúan como autótrofos o heterótrofos.

Por ello, los protistas mixótrofos tienden a dominar sistemas “maduros” (verano en latitudes medias, sistemas eutrofizados u oligotróficos). Una mayor estabilidad en la columna de agua debida a los efectos del calentamiento global favorecería, en teoría, a los mixótrofos.

De esto sabe mucho Hae Jin Jeong, un investigador coreano experto en el comportamiento mixótrofo de dinoflagelados y del fitoplancton en general.

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Fuente: Fig. 4, Jeong y col. (2015)

Algunos ejemplos de géneros mixótrofos que ha analizado en sus trabajos son Alexandrium, Fragilidium, Gymnodinium, Heterocapsa, Karenia, Karlodinium, Lingulodinium, Prorocentrum, Scrippsiella, Symbiodinium, Tripos, y un largo etc…

Jeong propuso una teoría para explicar las proliferaciones de fitoplancton tóxico en zonas oceánicas pobres en nutrientes, según la cual su aparición y persistencia podría estar asociada a la ingestión de bacterias (ricas en fósforo) y cianobacterias (fijadoras de nitrógeno).

Los mixótrofos utilizan estrategias diversas y a la hora de incluirlos en los modelos matemáticos resulta esencial identificar su naturaleza. Esto es lo que discutieron Mitra y col. (2016) en un reciente artículo científico que dio pie al texto de divulgación en The Conversation y El País. Clasificaron a los mixótrofos en 4 tipos según la naturaleza de los cloroplastos y las presas que capturan:

  1. Constitutivos: fagótrofos con capacidad fotosintética innata (la mayoría de grupos del fitoplancton eucariota excepto diatomeas).
  2. No constitutivos: fagótrofos generalistas sin capacidad fotosintética innata (1/3 de los ciliados que habitan en la zona fótica como Tontonia, Laboea, Strombidium, etc).
  3. No constitutivos: fagótrofos especialistas, con presas específicas a las que roban sus cloroplastos (ciliados como Mesodinium; dinoflagelados como Dinophysis y Karlodinium).
  4. No constitutivos: fagótrofos especialistas con endosimbiontes adquiridos durante la etapa juvenil (foraminíferos, radiolarios, acantáridos, dinoflagelados como Ornithocercus y las Noctilucas verdes…).
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Dinoflagelado mixótrofo (Gymnodinium catenatum). Autor: Santi Fraga

Mucha promiscuidad genética y voracidad microscópica.

“Idea fuerza” >>> la mayoría de grupos del fitoplancton incluyen especies mixótrofas. Podemos excluir a las diatomeas (como A. glacialis) que no fagocitan presas y sólo realizan fotosíntesis (hay diatomeas heterótrofas como Nitzschia alba, pero ésa es otra historia). Y dejando de lado a los protistas tampoco son mixótrofas las cianobacterias que dominan numéricamente los océanos (Prochlorococcus y Synechococcus).

Los mixótrofos no son un descubrimiento reciente en absoluto. Lo que propugnan Mitra y col. (2016) es reconocerlos como el grupo funcional destacado que son dentro del ecosistema planctónico e incluirlos en los modelos matemáticos para mejorar la simulación y comprender mejor el funcionamiento de dicho ecosistema.

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Ornithocercus es un género de dinoflagelados con ectosimbiontes (cianobacterias, destacadas a la izda. por epifluorescencia). Fuente: St 119, leg 6 (Pacífico, expedición Malaspina). Autor: F. Rodríguez

En ecología es más relevante considerar a los protistas como grupos funcionales, porque éstos se relacionan con el medio de modo similar independientemente de su origen filogenético (diatomeas, haptofitas, dinoflagelados, etc) y pueden ser modelados matemáticamente de forma conjunta. En función de los grupos funcionales que utilicemos, las soluciones de los modelos que recrean al ecosistema son diferentes. Lo que buscamos es incluir grupos representativos que sirvan para aproximarnos lo más posible a la realidad.

Uno de los casos más claros es el de la clorofila a, indicadora en estudios naturales de biomasa de fitoplancton pero que puede incluir contribuciones importantes de ciliados mixótrofos (zooplancton) que habría que tener en cuenta como grupo funcional aparte (mixótrofos tipo 2), a la hora de modelar el ecosistema.

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Acantárido. Fuente: St 104, leg 6 (Pacífico, expedición Malaspina). Autor: F. Rodríguez

Todo esto tiene enorme relevancia en los estudios actuales de ecología. El ecosistema planctónico constituye, como todos sabemos, la base de la vida y de él dependen las redes tróficas marinas.

La reconstrucción de su funcionamiento basada en modelos matemáticos será una herramienta cada vez más potente y precisa para predecir la respuesta de los ecosistemas marinos a alteraciones ambientales como el cambio climático.

Referencias:

-Flynn KJ & Mitra A. Building the “perfect beast”: modelling mixotrophic plankton. J. Plankton Res. 31:965-992 (2009)
-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)
-Jeong HJ, Lim AS, Franks PJS, y col. A hierarchy of conceptual models of red-tide generation: Nutrition, behavior, and biological interactions. Harmful Algae 47:97-115 (2015)
-Mitra A, Flynn KJ, Burkholder JM, y col. The role of mixotrophic protists in the biological carbon pump. Biogeosciences 11:995–1005 (2014)
-Mitra A, Flynn KJ, Tillman U, y col. Defining planktonic protist functional groups on mechanisms for energy and nutrient acquisition: incorporation of diverse mixotrophic strategies. Protist 167:106-120(2016)

 

 

Divulgando antes de Navidad

El pasado 22 de noviembre se presentó en Vigo el documental “Mareas Rojas“, un proyecto de Bioimaxe en colaboración con Ardora Formación y Servicios, financiado por la FECYT. Fue Bioimaxe, a través de Jorge Hernández Urcera, quien nos contactó en el IEO para el asesoramiento científico de mareasvermellasgalicia.com

Las rías gallegas han sido objeto de muchos estudios especialmente en los últimos 40 años, pero los conceptos de marea roja, toxinas y algas tóxicas siguen siendo un tótum revolútum para el público general.

Así que esta iniciativa viene que ni pintada. Con un guión atractivo el documental repasa la historia de las mareas rojas y explica la diferencia entre éstas y las proliferaciones tóxicas. También los perjuicios que ocasionan las biotoxinas a los productores de mejillón, el programa de control de la Xunta de Galicia y los efectos del cambio climático sobre la evolución de los episodios tóxicos. Todo ello en apenas 20 minutos…

La web incluye, además de información sobre el proyecto, un apartado de alertas donde cualquiera que aviste una marea roja puede dar aviso de su localización y enviar fotos. Si tenemos suerte incluso podríamos conseguir muestras para identificar y cultivar los organismos responsables. La idea no es nueva: en Francia el IFREMER lanzó en 2013 el proyecto PHENOMER con ése mismo objetivo y el lema “Mieux connaître le phytoplancton grâce à vos observations“.

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Bloom de Noctiluca scintillans en Bretaña (julio 2004). Autor: Cedre. Fuente: IFREMER

En algún momento, después de las proyecciones en las próximas semanas, podrán ver “Mareas Rojas” en la web con los comentarios y primeros planos de: Covadonga Salgado (directora del INTECMAR, responsable del control de biotoxinas marinas en moluscos, Xunta de Galicia), Angeles Longa (directora I+D+i del Consejo Regulador de la D.O.P. Mejillón de Galicia), Xose Antón Álvarez Salgado (investigador científico, IIM-CSIC), Santiago Fraga y yo (IEO), que salimos todo sea dicho con las Islas Cíes al fondo.

Para mí lo más interesante es comprobar que además de algunas respuestas el documental siembra nuevas preguntas entre el público. En este blog encontrarán entradas relacionadas con ellas (he puesto enlaces sobre los enunciados de los siguientes ejemplos):

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En el Centro Comercial “A Laxe” (Vigo). Fuente: UVIGO

Siguiendo con la divulgación, los días 25 y 26 de noviembre celebramos las jornadas “Un mar de ciencia na rúa“, aunque para ser más exactos fue “en el centro comercial” por culpa del mal tiempo.

La iniciativa partió de la Universidad de Vigo, que celebra 25 años de la Facultad de Ciencias del Mar (en la que yo mismo estudié).

En estas jornadas participamos la UVIGO, el IIM-CSIC, la Asociación de Oceanógrafos de Galicia y el IEO.

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Un mar de ciencia y el “Black Friday”. Autor: F. Rodríguez

 

 

 

 

 

 

En la sección del IEO elaboramos 3 actividades ligadas al plancton y los peces. Mis compañeros y yo colocamos un poco de todo: zooplancton, invertebrados (erizos vivos), otolitos de peces y fitoplancton. En este último caso, describimos en qué consisten las mareas rojas y los episodios tóxicos, con cultivos vivos que se podían observar al microscopio.

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Un niño viendo la bioluminiscencia en la “cámara de la ardora”. Autor: F. Rodríguez

Como principal reclamo de nuestro puesto de “Mareas Vermellas“, mi compañera Isabel Bravo tuvo la idea de llevar cultivos de dinoflagelados aclimatados a un ciclo de luz:oscuridad invertido, de manera que el reloj interno de las células activase la bioluminiscencia durante el día.

Pero no basta con un ritmo circadiano al revés, también necesitan oscuridad.

Así que otra compañera, Pilar Rial, construyó “la cámara de la ardora“: una caja con una abertura en la introducíamos los cultivos vivos (Lingulodinium polyedrum, Protoceratium reticulatum y Tripos fusus) para que nuestros incrédulos visitantes pudieran contemplar la bioluminiscencia a través de dos pequeños agujeros.

El resultado fue un éxito y Pilar ya está pensando en la versión 2.0. El mejor regalo fue como siempre comprobar el interés y la sorpresa que despiertan estas actividades y el agradecimiento de niños y adultos.

logo-footer-culturgal2Para terminar el año el 3 de diciembre estaré en otro sarao: “Ciencia á Feira” en el Culturgal (Feira de Industrias Culturais, Pontevedra), en el que participo junto a mis compañeros de Divulgacción además del CSIC (Misión Biolóxica de Galicia).culturgal2014