La ventana de Gaudí…

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La invención del microscopio óptico se sitúa a comienzos del s.XVII, pero no es hasta el s.XIX cuando se introducen los mayores avances abriendo de par en par la exploración del mundo microscópico.

Lámina 56 (Copépodos).
Las 100 láminas están disponibles en
http://commons.wikimedia.org/wiki/Kunstformen_der_Natur
Y gracias a estas observaciones más precisas y al genio del zoólogo alemán Ernst Haeckel (1834-1919) fue posible la publicación de las ilustraciones de microorganismos en «Kunstformen der Natur» (Formas del arte de la naturaleza) entre 1899-1904.

El copyright de estas ilustraciones ha prescrito y está disponible de forma libre en internet.

Haeckel elaboró en esta fantástica obra de arte hasta 100 láminas de diversos seres vivos tan distintos como los antílopes y el plancton marino. Las representaciones del plancton tenían en ocasiones un cierto exageramiento «barroco» en su afán de recrear el más mínimo detalle…El «preciosismo» de Haeckel pudo estar influenciado por el «Jugendstil», una variante de Art Nouveau alemán.
Lámina 31 de Haeckel
(Radiolarios, Cyrtoidea)

Lo que sí es cierto es que los dibujos de Haeckel tuvieron una influencia en el Art Nouveau que se extendió por toda Europa a finales del s.XIX. En particular comentaremos dos ejemplos de arquitectura modernista inspirados en los radiolarios, un grupo del zooplancton que fabrica complejas estructuras de sílice y contiene muchas veces algas endosimbiontes (zooxantellas, dinoflagelados).

El primer ejemplo lo encontramos en la exposición universal de París de 1900, en una de las puertas de entrada de la exposición. El arquitecto René Binet, inspirado por las ilustraciones de radiolarios de Haeckel, diseñó una puerta monumental que luego fue llamada «Porte Binet».

Detalle de un radiolario dibujado por Haeckel, y la puerta «Binet» de la exposición
universal de París. Imagen disponible en http://exposicionparis1900.blogspot.com/

La «Porte Binet» estaba situada en la actual plaza de la Concordia y coexistió con la torre Eiffel, pero a diferencia de ésta fue desmontada al final de la exposición. Sin embargo, gracias a la infografía 3D, podemos viajar en el tiempo y verla tal como era en el año 1900. Para ello basta con dirigirse al enlace http://vimeo.com/10894607

El segundo ejemplo vino de la mano de Gaudí y éste sí lo podemos ver hoy en día en Barcelona, en la catedral de la Sagrada Familia…!!!

Arriba: detalle de la fachada
de la Sagrada Familia (Autor: Ismael Hdez. Silva).
Abajo: imágenes coloreadas de radiolarios
y en B/N la ilustración de uno similar por Haeckel.

 

En este edificio, como en muchas obras de Gaudí, existen continuas referencias a las formas vivas inspiradas en vegetales, conchas marinas, etc. Y el genial arquitecto catalán también imaginó que los radiolarios de Haeckel serían un buen modelo para el diseño de unas ventanas del claustro.
Esas ventanas las encontramos en la fachada de la Sagrada Familia, en la imagen de la izquierda aparecen junto a la base de la grúa amarilla. Y los radiolarios que eligió Gaudí para esas ventanas eran similares a los que muestra la siguiente imagen coloreada.
La anécdota es que la revista National Geographic en su edición de diciembre 2010 citaba que Gaudí se había basado en diatomeas para las ventanas del claustro. Pero lo ilustraban con el dibujo de un radiolario!!! tal como comprobamos en el montaje que cierra esta entrada.
Cierto es que diatomeas y radiolarios son silíceos, pero ahí terminan sus parecidos..!!!
Les dejo con 1) el comentario erróneo de National Geographic, 2) un detalle ampliado de las ventanas del claustro (Fuente: foroxerbar.com) y 3) una imagen real de radiolarios en el Pacífico, que realicé durante la campaña 6 de Malaspina.

 

Fragilidium: el pez chico se come al grande…

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Fragilidium visto a 100 aumentos. Autor: F. Rodríguez
Los dinoflagelados son microalgas que incluyen especies fotosintéticas y heterótrofas, pero entre las primeras (igual que las plantas carnívoras) algunas incluyen en su dieta a otros organismos.
Esta forma de vida «mixótrofa» se observa en distintos géneros de dinoflagelados, pero la que practica Fragilidium, alias el «pez chico» protagonista de hoy, es muy curiosa…!!
Para centrar el tema, vamos a contar primero que los dinoflagelados se pueden dividir en dos tipos de células: las que fabrican placas (normalmente de celulosa) a modo de armadura ó exo-esqueleto, llamadas «tecas», y las que están «desnudas» de esas placas… Fragilidium tiene tecas.
Fragilidium al microscopio óptico (400 aumentos), y con tinción calcoflúor
para observar sus tecas. Autor de la última imagen: Alf Skovgaard
disponible en http://www.alfskovgaard.dk
El número, distribución y la forma de esas tecas es distinto en cada género y sirven para diferenciar las especies de dinoflagelados. Las tecas se solapan entre si igual que ocurre en las tejas de una casa, limitando el tamaño de las células. Por ello los dinoflagelados no pueden alimentarse de presas demasiado grandes, excepto…
Fragilidium con las tecas separadas
…Fragilidium, porque éste a diferencia de otras especies, sí puede separar esas placas y alejarlas de la célula, convirtiéndose en una simple «bola» con unas tecas «satélite», tal como vemos en esta imagen.
En su ciclo de vida Fragilidium tiene también otras formas, bien como un quiste ovalado inmóvil o la célula «tecada» de la figura anterior, que se mueve gracias a sus flagelos sin llamar la atención ni asustar a nadie…hasta que se encuentra a una presa.
Las presas de Fragilidium son otros dinoflagelados, por ejemplo de los géneros Ceratium y Dinophysis…
¿Son más grandes? no hay problema, porque para eso está la «magia» de separar las placas.

A la izquierda: Ceratium tripos. A la derecha, 3 imágenes (Autor Alf Skovgaard; http://www.alfskovgaard.dk) en las que vemos la secuencia donde Fragilidium ingiere a Ceratium tripos, situándose primero sobre él, luego doblando su largo «cuerno», y finalmente sólo queda la célula de Fragilidium «hinchada», con las tecas separadas.

En las imágenes de la izquierda vemos ejemplos de un cultivo de Fragilidium al que añadimos Dinophysis tripos como presa (ejemplo en la imagen superior derecha).

El resultado: en (A) vemos un quiste ovalado típico de Fragilidium, y en (B, C) células de Fragilidium después de «zamparse» a Dinophysis.
En (C) es visible todavía Dinophysis a medio digerir, mientras que en (B) solo se adivinan sus restos por la prolongación en pico en la parte inferior de Fragilidium.

En el siguiente vídeo pueden ver el proceso (resumido en unos pocos segundos) de la captura e ingestión de una célula de Dinophysis caudata por Fragilidium duplocampanaeforme.

Así que el mundo de las microalgas es una peligrosa «selva» en miniatura en la que no siempre gana el más grande sino el que mejores armas tiene…!!

 

Referencias:

-Park MG, Kim M. Prey specificity and feeding of the thecate mixotrophic dinoflagellate Fragilidium duplocampanaeforme. J. Phycol. 46: 424-432 (2010).

El mar de Ross…

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…Es el más cercano al polo sur geográfico y escenario de algunas de las mayores hazañas de la llamada «época gloriosa» de la exploración antártica a comienzos del s.XX. A él se dirigieron las famosas expediciones de Amundsen y Scott para iniciar sus viajes al polo sur en 1911 y 1912, con fatal desenlace para Scott y varios de sus compañeros.

El mar de Ross visto desde cabo Evans (2008). Autor: F. Rodríguez
El clima de la Antártida mantiene intactas y «congeladas en el tiempo» las cabañas de las expediciones de Robert F. Scott en «Hut Point» (1901-1904) y el cabo Evans (1910-1913).
Cabaña de la expedición «Terra Nova»
de R.F. Scott (1910-1913), con el volcán Erebus al fondo. Autor: Adrian B.

En su interior todo permanece igual que hace un siglo y despierta admiración imaginar cómo vivían y trabajaban en aquellas condiciones…

Interior de la cabaña de la expedición «Terra Nova». Autor: F. Rodríguez

Frente a «Hut Point» se encuentra hoy la base antártica permanente de McMurdo (EEUU), gestionada por el programa antártico de la National Science Foundation (NSF).
Base antártica McMurdo (EEUU). Autor: F. Rodríguez
En ella viven hasta 1000 personas, entre militares y civiles dedicados a la investigación.
En enero de 2008 gracias a una beca de la NSF pude visitar esos lugares históricos y la base McMurdo, en la que convivimos y trabajamos un grupo de estudiantes, post-docs e investigadores durante todo un mes.
Foca de Weddell en un respiradero
de la ensenada de McMurdo. Autor: F. Rodríguez
Hace millones de años que la Antártida se separó de América del Sur comenzando un invierno de nieves eternas que dura hasta nuestros días. El clima de la Antártida cambió bruscamente debido a que las corrientes marinas y los vientos, libres de todo obstáculo, envolvieron al continente y lo aislaron térmicamente. El hielo cubrió entonces la tierra firme y extensiones enormes del océano. Bajo cientos y hasta miles de metros de hielo en el interior de la Antártida se ocultan los fósiles de los bosques y la fauna de épocas más cálidas…

La vida marina tuvo que adaptarse a un nuevo ambiente, muy frío pero estable (entre -2 y 10ºC), menos inhóspito que la tierra firme! En la actualidad encontramos una gran diversidad de organismos marinos perfectamente adaptados a este medio pero incapaces de sobrevivir fuera de la «burbuja climática» de la Antártida. De ahí la fragilidad de este ecosistema que empieza a verse amenazado en las islas subantárticas debido al aumento de la temperatura en las últimas décadas.

Diatomeas aisladas bajo el hielo en la ensenada de McMurdo, frente a la base con el mismo nombre. Varios autores durante el curso NSF (enero 2008).
Colonia de Phaeocystis antarctica,
alga haptoficea abundante en las costas antárticas,
aislada en la ensenada de McMurdo.

En el caso del fitoplancton, encontramos los mismos grupos de microalgas que en otras latitudes con la excepción de cianobacterias, poco abundantes en los mares antárticos.

Debido a su adaptación a las bajas temperaturas, la observación del plancton al microscopio requiere de un porta-objetos equipado con un sistema de refrigeración. Si colocásemos la muestra sobre un «porta» normal, la temperatura ambiente y la luz del microscopio la «achicharrarían» en pocos minutos…!!

Las microalgas antárticas viven tanto en la columna de agua, charcas y pequeñas lagunas costeras, como en el hielo, ocupando el agua intersticial en su interior. Con el deshielo estacional, la banquisa de hielo se llega a teñir con el color marrón de las diatomeas y otras algas que proliferan en su interior y terminan por ser «liberadas» en el mar…

Estas proliferaciones de microalgas hacen girar la «rueda» del ecosistema marino y sin estos pequeños habitantes «del hielo» el océano antártico sería un desierto biológico igual que sucede en tierra firme…!!

En el borde del hielo, cerca del cabo Evans
con un pingüino de Adelia. Autor: F. Rodríguez

Esperemos que la vida natural en la Antártida no se convierta en un «juguete roto» más de nuestros caprichos…Y que los pingüinos nos puedan seguir observando, hasta acercarse a nosotros, con la misma inocente curiosidad ¡¡…pero sin miedo…!!

Referencias:

-Antártida. La vida en el límite. Las expediciones Bentart. García Alvarez O., Parapar Vegas J., Ramos Martos A (eds.). Hércules ediciones (2011).
-Portal web de United States Antarctic Program: http://www.usap.gov
-El peor viaje del mundo. Apsley Cherry-Garrard.

2+2 no siempre son 4: Margulis y la simbiogénesis

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Lynn Margulis (1938-2011)
Hace unos días nos dejaba una de las científicas más influyentes de las últimas décadas, la bióloga Lynn Margulis, que jovencísima (en 1967) publicaba la teoría de la endosimbiosis en serie (siglas en inglés SET: «serial endosymbiotic theory»).
Con esta teoría Margulis explicaba el origen de las células eucariotas (con núcleo diferenciado) a partir de fusiones previas de organismos procariotas (bacterias, sin núcleo diferenciado).
Como otras grandes contribuciones a la ciencia, la teoría SET no procede de la inspiración divina. La creatividad juega un papel importante, pero la inspiración surge a partir de la reflexión sobre los resultados previos de otros cientificos. Y es ésa combinación de creatividad y formación intelectual la que hace posible ensamblar las piezas del «puzzle» bajo un nuevo enfoque, y formular una teoría general aplicable a numerosos ámbitos.
Y en eso consiste precisamente la aportación de grandes científicos como Margulis:
abrir nuevos terrenos «cultivables» para el avance de la ciencia en generaciones futuras.

 

Symsagittifera roscoffensis.
© Wilfrid Thomas, Station Biologique de Roscoff

Hablar de endosimbiosis es hablar de las microalgas. Todas (las eucariotas!!) proceden de una célula eucariota primigenia que incorporó una bacteria fotosintética (cianobacteria), con la cual consiguió nuevas capacidades (fotosíntesis) para mejorar su «competitividad».

Así pues, la endosimbiosis es un mecanismo evolutivo crucial para la creación de nuevas especies, denominado simbiogénesis. De ahí el título de esta entrada: 2 procariotas no dieron lugar a un procariota más grande, sino algo totalmente distinto…!!

En el medio marino tenemos ejemplos curiosos de simbiosis «animal-vegetal» que pueden llevar algún día a una «unión estable» en una nueva especie tal como sucede en las microalgas. Por ejemplo, el gusano marino Symsagittifera roscoffensis, cuyo color verde se debe a las microalgas del género Tetraselmis que «cultiva» en su interior.
«Juvenil» de Elysia chlorotica
sobre filamentos de Vaucheria litorea
(Rumpho et al. 2008)
Sin embargo, el primer caso en el cual se demostró un paso más allá, la integración de genes fotosintéticos en el ADN de un animal, lo encontramos en la «babosa de mar» Elysia.
Concretamente se estudió en Elysia chlorotica, un «animal fotosintético» que es capaz de mantener hasta 8 meses los cloroplastos del alga Vaucheria litorea gracias a esta forma «avanzada» de simbiosis.

En la península ibérica podemos encontrar otras especies, como Elysia timida, que se alimenta y «roba» los cloroplastos de la macroalga Acetabularia acetabulum.

Elysia timida sobre Acetabularia. Autor: Bruno Jesús (C.O. Universidad de Lisboa).
Imagen disponible en: http://news.bbc.co.uk/earth/hi/earth_news/newsid_9026000/9026409.stm

 

Aplysia en la playa de la Barbeira (Baiona).
Autor: Alvaro Alvarez Jurado

Elysia es un molusco gasterópodo, emparentado a su vez con las «liebres de mar» del género Aplysia, que pueden alcanzar un tamaño mucho mayor y que simplemente «pastan» sobre las algas sin más oficio ni beneficio.

Pero quién sabe!, quizás algún día Elysia le cuente su secreto a Aplysia y ésta se lo pensará dos veces antes de zamparse enterita a su alga…!!

Referencias:

-Jesus, B., Ventura P., Calado G. Behaviour and a functional xanthophyll cycle enhance photo-regulation mechanisms in the solar-powered sea slug Elysia timida (Risso, 1818). J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 395: 98-105 (2010).
-Margulis L. Serial endosymbiotic theory (SET) and composite individuality. Microbiology Today 31:172-174 (2004).
-Mujer C.V., et al. Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica. PNAS 93:12333-12338 (1996).
-Rumpho M.E., et al. Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene PsbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. PNAS 105:17867-871 (2008).

En esos mares tropicales…

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Más precisamente en el Pacífico tropical, por donde discurrió la penúltima etapa de la circunnavegación Malaspina (Honolulu-Cartagena de Indias) a bordo del B.O. Hespérides, antes de cruzar hacia el Atlántico por el canal de Panamá.

En algún lugar del Pacífico tropical,
mayo 2011, desde el B.O. Hespérides. Autor: F. Rodríguez

Una oportunidad única para observar el plancton que vive en esas latitudes donde el azul marino se gana su nombre, en aguas que casi alcanzaron los 30 ºC cerca del ecuador. La razón de ello es la intensa radiación solar, que calienta y estabiliza la capa superficial del océano «aislándola» en cierto modo respecto a las aguas profundas, ricas en nutrientes.

Por tanto, las fuentes de luz y nutrientes están prácticamente «separadas» y esto dificulta el crecimiento de las microalgas, en particular las células de mayor tamaño. El océano abierto es en ocasiones un «desierto» biológico y en él domina el fitoplancton más pequeño (las cianobacterias), mejor adaptado a la limitación de nutrientes y del que hablaremos en otra entrada.

Planktoniella sol, una diatomea abundante
en mares tropicales y subtropicales. Autor: F. Rodríguez

Pero aún así, el fitoplancton tropical es muy diverso y ha desarrollado adaptaciones en sus formas y modos de vida para poder sobrevivir en esas condiciones.

En cuanto a las formas, cabe destacar que muchas células recuerdan a las de otras latitudes pero con formas «extravagantes», como en el caso de los dinoflagelados, y que sirven para mejorar su flotabilidad.
Y respecto a la ecología, la simbiosis con cianobacterias, diminutos «campeones» en este medio, es muy importante ya que proporciona ventajas fisiológicas para conseguir los nutrientes y otros compuestos orgánicos que escasean en el agua.
Dinoflagelados en aguas tropicales, fila superior Ornithocercus magnificus,,
Ceratium (gravidum?) y Dinophysis schuetii. Fila inferior, Ceratium y Ceratocorys. Autor: F. Rodríguez

…Y hablando sobre las «simbiosis tropicales» comentaremos dos ejemplos, las diatomeas del género Rhizosolenia y los dinoflagelados del género Ornithocercus.

Rhizosolenia contiene una cianobacteria endosimbionte, Richelia. La diatomea es fotosintética, pero con Richelia consigue la fijación de nitrógeno atmosférico aumentando así su fuente de nutrientes.

Rhizosolenia con Richelia en su interior
(la imagen de la derecha con epifluorescencia)
Autora: Dolors Blasco.

Esta simbiosis recuerda a la que establecen las raíces de plantas leguminosas en el medio terrestre con bacterias fijadoras de nitrógeno. Por su parte, la pequeña Richelia gana a su vez «seguridad» con la cubierta silícea de la diatomea respecto a posibles predadores.

En el caso de Ornithocercus (del griego ornitho=pájaro y cercus=cola) se trata de un organismo heterótrofo que establece simbiosis con cianobacterias, por ejemplo del género Synechococcus, pero se trata en este caso de ectosimbiontes. Es decir, se acumulan en el exterior de la célula sobre una estructura en forma de corona. En este caso, no está claro que sean fijadoras de nitrógeno, pero si facilitarían otras sustancias orgánicas mediante la fotosíntesis, y puede que incluso ellas mismas sirvan como alimento…!!

Ceratium (limulus?) y Ornithocercus magnificus. Autor: F. Rodríguez

Los diferentes pigmentos que predominan en las microalgas eucariotas y cianobacterias nos ofrecen imágenes bellísimas al microscopio de epifluorescencia, como la que cierra esta entrada. En ella vemos el rojo de la clorofila en Ceratium frente al amarillo de las ficobilinas en Ornithocercus y su «huerta» de cianobacterias.

Ornithocercus no ha podido ser cultivado en laboratorio, pero de lo que no hay duda es de que su belleza es todo un homenaje a la biodiversidad en los océanos…!!

Referencias:

-Nitrogen in the marine environment. Capone DG, Carpenter EJ, Bronck DA (eds). Academic Press (2008). 1757 págs.
-Woraporn T. Mixotrophic protists among marine ciliates and dinoflagellates: distribution, physiology and ecology. PhD Thesis. 148 págs.

Noctiluca y el mar de ardora

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Imagen nocturna de Noctiluca scintillans.
Autor: Yannick Verheust (yannick_verheust@hotmail.com)
disponible en http://www.marinespecies.org/

Muchos organismos marinos, desde bacterias hasta peces como el rape, son bioluminiscentes. En lo que respecta al plancton, el brillo nocturno que produce en el mar recibe el nombre popular de «mar de ardora».

Suele tratarse de una luz azulada «fantasmal» de gran belleza, un regalo único de la naturaleza tal como se aprecia en la imagen que abre esta entrada…

…Y cuando hablamos de microalgas bioluminiscentes nos referimos exclusivamente a los dinoflagelados. Hasta 20 géneros de dinoflagelados son capaces de producir bioluminiscencia (Alexandrium, Ceratium, Protoperidinium, etc) pero una de las causas más habituales del «mar de ardora» suele ser la especie Noctiluca scintillans.

 

Comparación de la imagen al microscopio (10X) de Noctiluca scintillans
aislada en el puerto de Raxó (Ría de Pontevedra, 10 de julio 2009) y la ilustración de Meunier (1919)

Podemos imaginar la perplejidad de sus descubridores al observar esta gran burbuja flotante (hasta 1 mm. de diámetro) animada por una especie de tentáculo. Por ello no es de extrañar que en su primera descripción a comienzos del s.XIX Noctiluca fuese clasificada como un organismo gelatinoso similar a las medusas…!!

La pueden ver en vivo en el siguiente vídeo,
son células aisladas el 25 de agosto 2014 en la playa de Alcabre (Vigo)

 Noctiluca (etimológicamente «que brilla en la noche«) es un dinoflagelado atípico. Genéticamente aparece muy separado del resto de dinoflagelados en una rama primitiva del árbol evolutivo, aunque algunos estudios recientes parecen contradecir su carácter ancestral. Noctiluca es heterótrofa, pero también puede contener algas verdes endosimbiontes.
Marea roja de Noctiluca en cabo Silleiro, Baiona
(octubre 2009. Autora: Amelia Fdez. Villamarín)
Durante el día, la acumulación de células de Noctiluca puede colorear el mar. Se trata de una especie inofensiva causante ocasional de «mareas rojas». Pero no tiñe el agua de rojo «sangre» como Mesodinium, sino más bien de un tono anaranjado, tal como se observa en la imagen anterior.
Las manchas de Noctiluca dejan una apariencia ligeramente «aceitosa» sobre la superficie del mar.
Durante la noche, cualquier vibración ó movimiento brusco que así «perciban» las células desencadena una reacción química sobre las moléculas de luciferina que genera finalmente la bioluminiscencia.
…De ahí puede que venga el dicho marinero: «ardora no mar, borrasca a entrar…»…Curiosamente, la luciferina de los dinoflagelados es muy parecida a la clorofila, y ésta a su vez es una molécula que también emite luz, aunque en este caso sea fluorescencia roja. La bioluminiscencia cumple distintas funciones en el medio marino según el organismo en cuestión. En el caso de Noctiluca y otros dinoflagelados podría ser una de estrategia de defensa contra posibles depredadores del zooplancton. Sobre esta teoría, denominada «alarma contra ladrones«, les aconsejo ver un corto de animación de Divulgare, que incluí en la entrada «Cortometrajes marinos«.
Imagen superior: Dinophysis caudata ingerida por Noctiluca, se muestran dos ampliaciones y un ejemplo
del dinoflagelado libre a la izquierda. Imagen inferior: Noctiluca completamente deformada tras haber ingerido una cadena de diatomeas (Stephanopyxis). Autora: Laura Escalera Moura.

Noctiluca es voraz y «gusta» de todo, desde bacterias, huevos de invertebrados y peces, hasta fitoplancton como las diatomeas y otros dinoflagelados. Por esta razón se ha planteado también que aunque no produzca toxinas por sí misma, pueda ser en ocasiones un transmisor de sustancias tóxicas fabricadas por sus presas al resto del ecosistema marino.

Sin embargo, nada hay que temer si nos encontramos algún día con las «glotonas» Noctilucas y sus manchas en el mar, sino más bien tener paciencia y esperar a que llegue la noche para intentar conseguir una foto inolvidable…!!!

Referencias:

-Escalera L, Pazos Y, Moroño A, Reguera B. Noctiluca scintillans may act as a vector of toxigenic microalgae. Harmful Algae 6:317-320 (2007).
-Haddock SHD, Moline MA, Case JF. Bioluminiscence in the sea. Annual Review of Marine Science 2:443-493 (2010).
-Meunier A. Microplankton de la Mer Flamande: 4. Les Tintinnides etcœtera. Mémoires du Musée Royl d’Histoire Naturelle de Belgique, VIII(2). 59, 2 plates pp. (1919).
-O mar na cultura popular galega. Artículo publicado en Galipedia (http://gl.wikipedia.org/wiki/O_mar_na_cultura_popular_galega)

Sobre mejillones, ginkgos y un jardín en Florencia…

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¿Qué tienen en común los mejillones, el árbol Ginkgo biloba y los jardines de Bóboli en Florencia?

Coccomyxa parasitica
(Imagen: Vázquez et al. 2010)

La respuesta es que en todos ellos podemos encontrar un mismo género de algas verdes, Coccomyxa.

Coccomyxa es una minúscula alga unicelular cocoide que vive en forma libre en el medio marino y agua dulce, pero que también puede infestar moluscos bivalvos y otros invertebrados marinos.

Coccomyxa parasitica se describió por primera vez en vieiras de Canadá, pero aparece también en mejillones. Recientemente se ha descrito incluso en la especie de almeja gigante Panopea abbreviata.

Coccomyxa aparece principalmente en tejidos del manto y los sifones de los bivalvos, aunque puede infestar otras partes del cuerpo. El alga no crece sobre su huésped sino que vive y se divide dentro de él; llega a formar agregados celulares fácilmente observables a simple vista por su brillante color verde.

Almeja gigante Panopea abreviata
infestada por  Coccomyxa
(Imagen: Vazquez et al. 2010)

Se desconoce la relación exacta del alga con sus huéspedes marinos, aunque parece más cercana al parasitismo que a una relación mutualista. Al menos en el caso de los mejillones y vieiras, ya que la infección de Coccomyxa provoca deformidades en sus conchas y alteraciones en el crecimiento, aunque no llega por si misma a producirles la muerte. Así pues, Coccomyxa parece ser únicamente un «invitado» bastante molesto…!!

Mejillones (Mytilus edulis) infestados por Coccomyxa.
En la foto de la derecha se observan los agregados celulares
de Coccomyxa (Imagen: Rodríguez et al. 2008)

 

Más curiosa aún es la presencia también de este alga en células vegetales de Ginkgos!!
Ginkgo biloba y detalle de sus hojas.

Autor: F. Rodríguez
Ginkgo biloba es el nombre científico que recibe una especie de árbol con unas hojas características en forma de abanico. Se trata de un auténtico «fósil viviente», el único representante de una clase de plantas extinguidas hace millones de años. En Galicia por ejemplo podemos ver ejemplares en el parque de la «Herradura» de Santiago de Compostela, y en Vigo en la subida al monte de «O Castro».
Los Ginkgos son también únicos por albergar, esta vez sí como endosimbiontes, a células de Coccomyxa en sus hojas. Se trata del único caso conocido hasta el momento de un alga eucariota que prolifera dentro de una planta superior.
Durante la evolución, las algas se han adaptado y modificado su apariencia, perdiendo su capacidad fotosintética dentro del Ginkgo. Sin embargo, sorprendentemente, las células de Coccomyxa se han podido cultivar a partir de hojas de Ginkgo envejecidas, demostrando que el alga no ha perdido su capacidad de vivir de forma independiente realizando la fotosíntesis.
Y también existen algas verdes muy cercanas genéticamente a Coccomyxa que forman parte de la asociación mutualista en algunos liquenes…
Y así es como llegamos a los jardines de Bóboli en Florencia, un gran espacio construido por los Médici frente al Palacio Pitti a mediados del siglo XVI, en el que abundan tanto las plantas como las estatuas de mármol. http://www.museumsinflorence.com/musei/boboli_garden.html
Y precisamente en las estatuas de los Bóboli se llevó a cabo un estudio sobre biodeterioración, en el cual se encontró que un año después de limpiarlas los primeros organismos que las colonizaban otra vez eran algas del género Coccomyxa…!!
Así pues, este grupo de algas verdes son un fascinante ejemplo de las múltiples relaciones que pueden establecer algunas microalgas tanto con otros seres vivos, como parásitas ó endosimbiontes, ó simplemente aprovechando superficies inertes que son adecuadas para su crecimiento.
Referencias:
-Crespo C, Rodríguez H, Segade P, Iglesias R, Garcia-Estevez JM. Coccomyxa sp (Chlorophyta: Chlorococcales), a new pathogen in mussels (Mytilus galloprovincialis) of Vigo estuary (Galicia, NW Spain) . J. Inv. Pat. 102 : 214-219 (2009).
-Lamenti G, Tiano P, Tomaselli L. Biodeterioration of ornamental marble statues in the Boboli Gardens (Florence, Italy).  J. Appl. Phycol. 12:427-433 (2000).-Rodríguez F, Feist SW, Guillou L, Harkestad LS, Bateman K, Renault T, Mortensen S. Phylogenetic and morphological characterisation of the green algae infesting blue mussel Mytilus edulis in the North and South Atlantic oceans. Dis. Aquat. Org. 81:231-240 (2008).
-Trémouillaux-Guiller J, Rohr T, Rohr R, Huss VAR. Discovery of an endophytic alga in Ginkgo biloba. Am. J. Bot. 89:727-733 (2002).
-Vázquez N, Rodríguez F, Ituarte C, Klaich J, Cremonte F. Host-parasite relationship of the geoduck Panopea abbreviata and the green alga Coccomyxa parasitica in the Argentinean Patagonian coast. J. Inv. Pat. 154:254-260 (2010).

Attheya, el alga que toma el sol en la arena…

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En algunas playas podemos encontrar a veces unas manchas de un tono marrón-verdoso que a simple vista parecen grasa ó algún tipo de vertido que el mar arrastra a la costa. Pues bien, se trata de microalgas que viven entre los granos de arena y por ello reciben el nombre de «epipsámicas», del griego epi– (sobre) y psammo (arena).

Entre dichas algas suelen dominar las diatomeas, uno de los grupos del fitoplancton más abundantes y relevantes desde el punto de vista ecológico ya que su alta productividad sirve de base para el funcionamiento del ecosistema marino.

Manchas de Attheya sobre el arenal de Panxón
(Nigrán, Pontevedra, 16 octubre 2011)
En playas de grano fino y con suave pendiente, podemos observar durante unos días y en distintas épocas del año estas manchas de diatomeas que tiñen la rompiente de las olas y la arena húmeda de la playa.
Un buen lugar para observarlas es Playa América y el arenal de Panxón en Nigrán, tal como se observa en esta imagen.

Imagen ampliada (10X)
de los granos de arena y células de Attheya.

Estas diatomeas suelen pertenecer al género Attheya. Las manchas son en realidad enormes acumulaciones de células microscópicas y el mucus que éstas segregan.

Attheya crece formando cadenas que se entrelazan y forman grumos que flotan con la espuma de las olas y se depositan luego en la arena.

Imagen ampliada (40X) de Attheya
Esta diatomea realiza un complejo ciclo diario de migración vertical (sube y baja dentro de la arena) y horizontal (de la arena al agua y viceversa).
La «rutina» diaria para Attheya consiste en lo siguiente: al inicio de la mañana las células ascienden a la superficie del sedimento y ganan flotabilidad, siendo arrastradas por las olas y flotando adheridas a la espuma de la superficie.
A medida que avanza el día, las células pierden flotabilidad y vuelven arrastradas por el movimiento de las olas hacia la arena. Es entonces cuando segregan un mucus que les permite fijarse mejor sobre la arena y penetrar en el sustrato durante la noche. Y vuelta a empezar cada día, las células se dividen durante la noche y son capaces de soportar sin achicharrarse la plena luz del sol al mediodía sobre la arena…de ahí el título de esta entrada…!!

 

En conclusión, se trata de un proceso completamente natural en ciertos ecosistemas arenosos y las manchas forman parte del modo de vida de estas pequeñas habitantes de la zona de rompiente. Lo cual no quita que la polución urbana y el exceso de nutrientes que lleva asociada pueda provocar el crecimiento exagerado de micro- y macroalgas en las zonas costeras más afectadas…



Referencias:
-The ecology of sandy shores. McLachlan & Brown. Academic Press, (2006)
–Attheya armatus (Centrales, Bacillariophyta) en playas de arena del S y SW de Gran Canaria (Canarias, España). Ojeda A. & O’Shanahan L. Vieraea 33:51-58 (2005).

Dinophysis: la marea roja invisible

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Dinophysis acuminata.

Autor: F. Rodríguez

Tal como decía en una entrada anterior, las algas tóxicas reciben el apelativo popular de «mareas rojas» aunque en muchas ocasiones no producen color en el mar. Este es el caso de Dinophysis, un dinoflagelado que causa toxicidad de tipo diarreico en humanos por ingestión de moluscos filtradores como mejillones y vieiras.

Dinophysis no alcanza abundancias elevadas en comparación a otras especies del fitoplancton, por eso nunca produce coloración en el agua. Pero la producción de toxinas diarreicas en Dinophysis es elevada y bastan pocas células (apenas 100-1000 células por litro) para ocasionar el cierre de la explotación del marisco en polígonos de bateas e incluso rías enteras.

Dinophysis tripos
El desarrollo de las poblaciones de Dinophysis tiene lugar entre los meses de primavera y otoño. La especie más habitual y responsable de episodios tóxicos en las rías gallegas es Dinophysis acuminata, aunque se han detectado episodios de toxicidad debidos a esta especie en la práctica totalidad de las costas europeas.

Otras especies comunes en las costas gallegas, aunque con poblaciones menos importantes son, entre otras, D. acuta y D. caudata. No obstante, en otoño de 2009 se produjo un evento inusual, la detección de abundancias importantes (4.200 céls/litro) de Dinophysis tripos en las rías baixas, una especie más común de mares tropicales y subtropicales y de la cual solamente se observan unos pocos ejemplares, y no todos los años…

Mesodinium

Así que intentamos establecer cultivos de D. tripos en el laboratorio para estudiar este organismo y determinar su toxicidad. Para ello, seguimos el sistema de Myung Gil Park y colaboradores en la Universidad de Chonnam (Corea del Sur), quienes consiguieron cultivar Dinophysis (acuminata) por primera vez en 2006. Estos investigadores desvelaron la presa que necesita Dinophysis para desarrollar su ciclo de vida: ni más ni menos que el protagonista de nuestra entrada anterior, el ciliado Mesodinium rubrum.

Dinophysis necesita los cloroplastos de las algas criptoficeas para poder mantener su actividad fotosintética, pero los adquiere a través del ciliado que a su vez se alimenta directamente de dichas criptoficeas. Dinophysis perfora la pared celular de Mesodinium mediante un pedúnculo a través del cual «aspira» el contenido de éste e incorpora sus cloroplastos.
Así pues, nosotros usamos el mismo sistema que Park y colaboradores:
suministrar Mesodinium a D. tripos para establecer cultivos de esta especie.
En el enlace http://www.youtube.com/watch?v=yGcPqi8VuFo podemos ver a D. tripos con su presa.
La fluorescencia que emiten ciertos pigmentos de las criptoficeas es de color anaranjado bajo el filtro apropiado de un microscopio de epifluorescencia, tal como se ve en la imagen de la derecha de una célula de Dinophysis tripos.
Las células de Dinophysis tienen aspecto variable y dentro de una misma especie se pueden observar distintos tamaños en función del estado fisiológico del cultivo. Las células pequeñas aparecen en momentos de estrés ambiental, aunque también se considera que cumplen la función de células sexuales o gametos durante el ciclo de vida.
En nuestro trabajo determinamos que a pesar de no haber causado toxicidad en las rías gallegas en 2009, los cultivos de Dinophysis tripos (y sus células muestreadas en el mar) sintetizan en efecto un tipo de toxina diarreica (pectenotoxina-2, PTX2).
La explicación a esta contradicción está en que dicha toxina puede ser rápidamente degradada en los moluscos a otros compuestos que no tienen efectos sobre los ratones en el ensayo de toxicidad.
Dinophysis tripos no ha vuelto a aparecer en las rías en los años 2010 y 2011. Su presencia en 2009 fue una situación excepcional, ya que sus poblaciones llegaron incluso a las costas de Noruega por primera vez.

Mesodinium rubrum: ¿animal ó planta?

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M. rubrum a 600 aumentos.

Autor: F. Rodríguez
El fenómeno de las «mareas rojas» se asocia siempre a la presencia de algas tóxicas, pero solo unas pocas especies suelen llegar a colorear el agua y no suelen ser tóxicas precisamente. Lo más habitual es que esas «manchas» que observamos en el mar las produzcan poblaciones inofensivas de otras especies del plancton marino, tales como el microorganismo que nos ocupa en esta entrada: el ciliado mixótrofo Mesodinium rubrum (=Myrionecta rubra).
Mesodinium es el responsable de numerosas «mareas rojas» en zonas costeras de latitudes medias, aunque también se encuentra en latitudes altas del hemisferio norte, como el mar Báltico, y hasta en el polo sur, en la mismísima Antártida.

En las rías baixas gallegas, por ejemplo, es muy frecuente observar manchas de un intenso color rojo «sangre» en los meses de primavera a verano. La extensión y coloración de estas manchas es tan espectacular que se pueden observar incluso en imágenes de satélite en la página de Google Earth, como la que aparece a continuación.

Una «pincelada» de marea roja de Mesodinium. Autor: F. Rodríguez

La imagen de arriba fue tomada en julio de 2007 sobre Canido (frente al IEO de Vigo, Pontevedra), coordenadas 42.194643 N,-8.796083 W. La de la izquierda, realizada desde la terraza del IEO de Vigo el 26 de agosto de 2011, muestra en la parte central superior el contorno rojo en el agua. Durante esa misma semana de agosto, recibimos en el laboratorio muestras de agua de la ría de Pontevedra, en las que observamos también un «bloom» ó proliferación de Mesodinium.

A Mesodinium le «gusta» la luz, y tanto en el medio natural como en una pequeña probeta, tiende a concentrarse en la zona más iluminada. 

Mesodinium rubrum. Autor: F. Rodríguez

Se trata de un ciliado y forma por tanto parte del microzooplancton (animales microscópicos del plancton). Pero este organismo ha desarrollado la capacidad de realizar fotosíntesis, tal como sucede en las algas y vegetales superiores.

Para ello, Mesodinium se alimenta de pequeñas algas criptofíceas de las cuales se cree que obtiene factores de crecimiento, pero a las que también «roba» sus cloroplastos intactos.

Por tanto, el color rojo de Mesodinium se debe a los pigmentos fotosintéticos que mantiene en su célula una vez ingeridas las criptofíceas. Sin embargo, la asociación de dichos cloroplastos y Mesodinium no es permanente: el ciliado necesita ingerir periódicamente nuevas presas para «reponer» los cloroplastos que van desapareciendo.

M. rubrum en cultivo. Autor: F. Rodríguez

Existen todavía muchas incertidumbres acerca de cómo se mantienen activos esos cloroplastos temporales.

Por ejemplo, se ha demostrado la existencia de un endosimbionte fotosintético permanente en una cepa de Mesodinium, mientras que en otra distinta se ha descrito que el ciliado posee también núcleos de criptofíceas que ayudarían a controlar el funcionamiento de los cloroplastos «robados».

La explicación de la naturaleza «dual», por así decirlo, de este «animal-planta» ó mixótrofo obligado, – necesita para sobrevivir tanto el aporte de materia orgánica como la energía fotosintética de sus cloroplastos «robados» -, es un tema fascinante que futuras investigaciones nos ayudarán a comprender con mayor detalle…

 

Referencias:

-Crawford, D.H. Mesodinium rubrum: the phytoplankter that wasn’t. Mar. Ecol. Prog. Ser. 58:161-174 (1989).
-Hansen, P.J. & Fenchel. The bloom-forming ciliate Mesodinium rubrum harbours a single permanent endosymbiont, Mar. Biol. Res. 2:3, 169-177 (2006).