En la piel de las ballenas

Imagen de portada: ballena jorobada [Autor: Greg Lecoeur. Fuente: National Geographic]

Ilustraciones originales de Charles King. La Fig. VII y VIII pertenecen a diatomeas del género Tabellaria. Y los copépodos preciosos ¿a que sí?. Fuente: Dolan (2019).

La primera ilustración de diatomeas data de 1703.

Su autor las encontró sobre el tallo de unas plantas recogidas de un estanque en Inglaterra. Se trataba de Tabellaria.

La lámina original aparecía en una comunicación titulada «Two letters from a Gentleman in the Country…»…que no firmaba nadie.

Aquella ilustración fue plagiada sin pudor ni reconocimiento en trabajos posteriores.

Hasta 2019, cuando se desveló de forma indirecta (pero más que probable) la identidad del caballero inglés del campo: Charles King, de Staffordshire (Dolan 2019).

Charles King hizo sus observaciones con un microscopio de tipo Wilson, mucho mejor que el de Leeuwenhoeck.

Poco podía imaginar Mr. King la importancia de aquellas células que al comienzo tomó por cristales de sal y que luego propuso que eran vegetales.

Microscopio de barril o de tipo Wilson. Fuente: MUNCYT.

Para salir de dudas dejó secar la muestra y la rehidrató (con agua fría y templada), pero las cajitas microscópicas seguían allí, unidas en ramitas. Así que no podían ser cristales.

Las diatomeas son uno de los grupos claves del fitoplancton por su abundancia y contribución a la producción de los océanos, sustentando desde el plancton animal (zooplancton) hasta las ballenas. Sin ellas no hay fiesta. No diatoms no party.

Las diatomeas pueden vivir libres en la columna de agua o pegadas a toda clase de sustratos inertes o vivos como algas, zooplancton, invertebrados, aves e incluso mamíferos marinos.

De hecho se han descrito diversas especies de diatomeas epizoicas que viven obligatoriamente sobre la piel de cetáceos.

Y dado que nunca se observan en el agua se cree que necesitan factores de crecimiento del sustrato y son parcialmente saprófitas (aprovechan la materia orgánica muerta, como los hongos).

Los biofilms de diatomeas pueden colorear, con matices desde amarillentos a pardos, la piel de los cetáceos.

Diatomeas (Epipellis oiketis) aisladas de marsopas comunes, en Bélgica. Fuente: Denys & De Smet (2010).

Algunos ejemplos son Bennettella ceticola y Epipellis oiketis, aisladas inicialmente en orcas (Orcinus orca) y marsopas (Phocoena phocoena), respectively.

Estas poseen una forma elipsoidal aplanada que maximiza el área cubierta (beneficio competitivo para colonizar superficies) y su adhesión.

De hecho, estas características pueden tener aplicaciones en biomimetismo para optimizar el diseño de embalajes. Las elipses permiten una densidad celular 6% superior en una superficie respecto a los círculos.

Las diatomeas epizoicas se encuentran en toda clase de cetáceos (misticetos u odontocetos): desde delfines y orcas, hasta cachalotes y rorcuales.

Su distribución sobre el cuerpo es desigual y varía según las especies: se han descrito alrededor de los ojos y las mandíbulas (ballenas Sei), o mayormente sobre el lomo (rorcual común).

En la Antártida existen dos ecotipos de orcas (B1 y B2) y en ambos se han descrito a menudo tonos amarillentos que se relacionan con diatomeas epizoicas.

En un mismo individuo se puede ver que en una época del año posee aspecto «amarillento» para luego recuperar su piel limpia y clara. Así que parece algo intermitente y no un proceso gradual.

Pues bien. Un trabajo reciente propone que las orcas aprovechan migraciones rápidas desde la Antártida hacia latitudes subtropicales para regenerar la capa exterior de su piel.

Orcinus orca. Autor: M. Haluwana. Fuente: Albany Advertiser.

Se trata de viajes de ida y vuelta en los que llegan a recorrer más de 9.000 km en 40 días, sin detenerse en un lugar concreto para reproducirse o alimentarse. Es como si diesen un paseo muy largo (eso que tod@s querríamos hacer ahora) y nada más.

Las aguas subtropicales permitirían a las orcas una regeneración menos costosa (metabólicamente) de la piel, evitando sufrir la pérdida de aislamiento térmico que conlleva dicho proceso en la Antártida.

Si esta hipótesis fuese correcta, la abundancia de diatomeas debería correlacionarse con la edad de la piel y el color. Y así es.

La secuenciación masiva del microbioma en orcas de piel «limpia» vs «amarillenta» ha demostrado que las diatomeas son más abundantes en las últimas. Y esta tendencia se correspondía además con el aumento de bacterias patógenas como Tenacibaculum dicentrarchi, que ocasionan lesiones en la piel.

Además, el parecido entre el microbioma de orcas «amarillentas» (en ambos ecotipos, B1 y B2) y la composición de comunidades microbianas del océano Antártico es mayor, lo que sugiere que aquellos individuos con más carga de diatomeas llevan más tiempo también en la Antártida respecto a sus congéneres de pieles limpias, claras y lustrosas…

A pesar de todo esto ¿creen ustedes que he encontrado alguna referencia a la existencia de cloroplastos en diatomeas epizoicas? Pues no. Pero imagino que algunas –si no la inmensa mayoría– son fotosintéticas. De ahí que tiñan la piel de odontocetos como las orcas.

Para terminar, una última relación sorprendente entre diatomeas y cetáceos.

Relación entre diversidad de especies en cetáceos, diatomeas y temperatura global en los últimos 25 m.a. Fuente: Marx & Uhen (2010).

En 2010 Science publicó un estudio paleobiológico que relacionaba los cambios en la biodiversidad de diatomeas (en los últimos 25 millones de años) con la de los cetáceos, incluyendo factores ambientales (temperatura global, estimada mediante análisis isotópico: δ18O).

La correspondencia que observaron entre la radiación de especies de diatomeas y los cetáceos es realmente alucinante.

Y funciona especialmente bien con los misticetos (ballenas barbadas), que se alimentan de plancton y pequeños peces. Lo cual es muy razonable.

Los cetáceos requieren grandes cantidades de alimento. Una ballena puede llegar a consumir 3 toneladas de krill por día !! Para sobrevivir los grandes mamíferos necesitan ecosistemas productivos donde la energía se transmita eficientemente desde la base a los predadores superiores.

Autor: Humberto Braojos. Fuente: CSIRO.

Las diatomeas, por su mayor tamaño y productividad aseguran justamente eso -cadenas tróficas cortas y eficientes- en comparación a las basadas en otros grupos del fitoplancton.

Tras la extinción masiva del Cretácico hace 66 millones de años, las diatomeas no han hecho más que expandir su dominio y diversificarse en varios pulsos, sobre todo a lo largo de los últimos 50 millones de años.

Esta época dorada de las diatomeas, junto a la apertura del paso de Drake que favoreció su desarrollo al aumentar la disponibilidad de nutrientes mediante la Corriente Circumpolar Antártica (hace 19-49 m.a.), han podido jugar (entre otros factores), un papel fundamental en la evolución y diversificación de los cetáceos modernos.

Agradecimientos: a John R. Dolan por enviarme el material suplementario de su trabajo de 2019, incluyendo las comunicaciones originales de 1703 e información sobre el microscopio de tipo Wilson que usó C. King.

Referencias:

  • Benoiston A.-S. The evolution of diatoms and their biogeochemical functions. Phil. Trans. R. Soc. B. 372: 20160397 (2017).
  • Denys L. & De Smet W.H. Epipellis oiketis (Bacillariophyta) on harbor porpoises from the North Sea Channel (Belgium). Pol. Bot. J. 55:175-182 (2010).
  • Dolan J.R. Unmasking “The Eldest Son of The Father of Protozoology”: Charles King. Protist 170:374-384 (2019).
  • Durban, J. W., & Pitman, R. L. Antarctic killer whales make rapid, round‐trip movements to subtropical waters: Evidence for physiological maintenance migrations? Biol. Lett. 8(2):274–277 (2012).
  • Hooper R. y col. Host‐derived population genomics data provides insights into bacterial and diatom composition of the killer whale skin. Mol. Ecol. 28:484-502 (2019).
  • Marx F.G. & Uhen M.D. Climate, Critters, and Cetaceans: Cenozoic Drivers of the Evolution of Modern Whales. Science 327:993-996 (2010).
  • Holmes, R. W. The morphology of diatom epizoic on cetaceans and their transfer from Cocconeis to two genera, Bennettella and Epipellis. Br. Phycol. J. 2043–57 (1985).
  • Sullivan T. Cell Shape and Surface Colonisation in the Diatom Genus Cocconeis—An Opportunity to Explore Bio-Inspired Shape Packing?. Biomimetics 4:29 (2019).
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