Fuego y cenizas

Incendio en New South Wales (Australia, 2019). Autor: Orbital Horizon/Copernicus Sentinel Data/Gallo Images/Getty Images. Fuente: vox.com

A día de hoy siguen activos los incendios que desde septiembre devastan enormes áreas del sureste de Australia.

Más de 60.000 km2 (2/3 de la extensión de Portugal) es lo que se ha quemado en estos meses con un balance de 28 fallecidos y cientos de miles de personas desplazadas.

Wallabie en New South Wales aprovechando las zanahorias caídas del cielo. Fuente: dailymail.co.uk

En cuanto a la fauna salvaje se estiman en cientos de millones los animales muertos bajo el fuego, mientras que otros serán sacrificados por motivos de seguridad. Sí, han leído bien: camellos, unos 10.000).

La situación es tal que se ha creado la «Operación Rock Wallaby» consistente en arrojar miles de kilos de patatas y zanahorias desde helicópteros para que las colonias de estos marsupiales puedan sobrevivir tras la catástrofe.

Aunque no haya estudios todavía sobre estos incendios, el caso de 2019 ilustra las consecuencias de condiciones meteorológicas extremas (prolongadas sequías y elevadas temperaturas), cada vez más frecuentes debido al cambio climático.

Lo que sí sabemos es que las grandes sequías en Australia están asociadas con un fenómeno similar a lo que sucede en el Pacífico con «El Niño», y que en el Índico se denomina «Dipolo del Océano Índico (DOI)».

Consiste en una oscilación periódica de la temperatura superficial del Índico. Su relación con las sequías en Autralia se demostró en 2009, a partir de una serie temporal de 120 años.

Fase positiva del Dipolo del Océano Índico. Fuente: bom.gov.au

El DOI posee 3 fases: neutra, positiva y negativa. Durante la fase positiva la temperatura en el Índico occidental es más elevada, justo lo contrario que en la zona oriental.

En ella se intensifica el afloramiento costero y desciende la temperatura superficial del Índico, gracias al aumento de los alisios que transportan agua superficial desde Oceanía hacia África.

La intensidad del DOI suele ser máxima entre agosto y octubre. Sus efectos pueden prolongarse hasta diciembre para luego desaparecer con la llegada del monzón.

Pues bien. En septiembre de 2019 ya se constató que el DOI iba a ser especialmente intenso por lo que era de esperar una intensa sequía en Indonesia, Singapur y Australia.

Dipole Mode Index. Es el índice normalizado del DOI, donde se puede observar la intensa fase positiva de 2019. Fuente: Dr. Saji N. Hameed (http://enformtk.u-aizu.ac.jp)

Así pues, las grandes sequías en Australia (como las sufridas en las últimas dos décadas, desde 1995) están relacionadas con esta oscilación de temperatura en el Índico.

Si a ello le sumamos el aumento de temperatura debido al cambio climático tenemos el cóctel perfecto para la propagación de incendios.

A pesar del período seco que atraviesa Australia desde 1995 –conocido como «Big Dry»– la zona afectada por los incendios destacaba a nivel mundial por el crecimiento de su vegetación en las últimas décadas. Y no lo digo yo, lo reconocía el informe del IPCC titulado «Climate Change and Land» (2019):

Globally, greening trends (trends of increased photosynthetic activity in vegetation) have increased over the last 2–3 decades by 22–33%, particularly over China, India, many parts of Europe, central North America, southeast Brazil and southeast Australia.

IPCC (2019)
Volcanes en las Aleutianas y Alaska. La nube corresponde a la erupción del Kasatochi en 2008. Fuente: Fig. 1 de Langmann y col. (2010).

Para terminar con mejor sabor de boca despediré esta entrada con el vídeo de un koala rescatado de los incendios.

Pero antes querría contarles que los incendios en tierra pueden afectar a la vida marina. ¿CÓMO? pues, por ejemplo, fertilizando el océano.

Las cenizas de los incendios o de las erupciones volcánicas, a través de la erosión, la escorrentía de los ríos o la deposición atmosférica, aportan minerales y nutrientes esenciales para el crecimiento del fitoplancton tales como el hierro.

El efecto del polvo del desierto como fertilizante en el mar es bien conocido, pero no fue hasta la década de los 90′ cuando empezó a plantearse también que las cenizas volcánicas podrían ser relevantes para el ciclo del hierro y la productividad primaria en el océano.

Este campo de estudio es tan reciente que la primera evidencia de la relación causal entre una erupción y un bloom de microalgas se estableció en 2008 en el Pacífico NE tras el estallido del Kasatochi (un volcán situado en la islas Aleutianas, en el cinturón de fuego del Pacífico).

El Pacífico NE es una zona de baja productividad durante todo el año debido a la escasez de nutrientes en la capa iluminada del océano como el hierro.

Diferencia entre la media mensual de clorofila en 2008 respecto a 2002-2007, desde abril (A) a octubre (G). Fuente: Fig. 3 de Langmann y col. (2010).

De hecho Martin & Fitzwater escogieron esta región para confirmar la hipótesis de la limitación por hierro del fitoplancton en 1988, posible vía además para contrarrestar el cambio climático gracias al aumento de la fotosíntesis y la absorción de CO2 en el océano. Fascinante idea abandonada en la actualidad.

Pues bien, tras la erupción del Kasatochi a comienzos de agosto se observó un crecimiento anómalo de fitoplancton de forma casi inmediata y hasta el mes de octubre.

El área de crecimiento detectada mediante satélite coincidió con el desplazamiento y la deposición atmosférica de cenizas volcánicas del Kasatochi.

Pero además de la erupción contribuyeron también las condiciones oceanográficas favorables. Sin ellas no habría sucedido el bloom.

Porque en verano la capa de mezcla superficial se reduce a 20-40 metros, aumentando la estabilidad y el impacto de la fertilización claves ambas para la proliferación del fitoplancton durante semanas y semanas…

Respecto al efecto de las cenizas de los incendios, existe un antecedente preocupante para lo que está sucediendo ahora mismo en Australia.

En 1997 se observó una mortalidad masiva de arrecifes de coral en las islas Mentawai frente a Sumatra (Indonesia) tras una marea roja de fitoplancton. Dicho suceso mereció un artículo en Science (Abram y col. 2003).

Los autores de dicho trabajo identificaron como causa principal de la catástrofe la hipoxia asociada con la fase final de la marea roja y la descomposición de la materia orgánica producida durante ella.

Islas Mentawai (Indonesia). Fuente: everessencenutrition

Esta relación causa-efecto se apoya también en testimonios locales describiendo que los arrecifes y los peces comenzaron a morir cuando el mar se tiñó de rojo (nasa.gov).

La marea roja fue inmensa: cubrió los 400 kilómetros de extensión del archipiélago Mentawai y los daños que produjo fueron tan graves que perecieron la práctica totalidad de arrecifes y peces en la región.

Desgraciadamente nadie identificó la especie responsable. Pero no es descartable que la marea roja fuese también tóxica o ictiotóxica dados los efectos sobre el ecosistema (puede que fuesen dinoflagelados, rafidofíceas, quien sabe…).

¿Y cuál fue el motivo de aquella marea roja letal? Coincidió con un período de afloramiento, que favorece la proliferación de fitoplancton, y 1997 coincidió con valores positivos muy elevados para el índice del DOI, lo cual intensifica el afloramiento costero en la costa de Sumatra.

Oscilación del DOI durante los últimos 150 años. Fuente: CSIRO, a través de smh.com.au

El estudio de registros fósiles de arrecifes de hasta 7.000 años de antigüedad en la región no reveló alteraciones del crecimiento compatibles con episodios pasados de mortalidades masivas.

Y la reconstrucción prehistórica del índice DOI en la región reveló valores también elevados en épocas pasadas…

Así que la mortalidad de arrecifes en 1997 fue excepcional. Algo más tuvo que ocurrir aquel año…ya se lo imaginarán.

En 1997 sucedieron los peores incendios en el sureste de Asia desde que existen registros históricos especialmente en las islas de Sumatra y Borneo. Sólo en Sumatra se quemaron 15.000 km2 y unas condiciones anómalas de vientos alisios del este desplazaron las nubes de ceniza hacia las islas Mentawai, entre septiembre-diciembre de 1997.

A) extensión de los arrecifes muertos en Mentawai. B) anomalía superficial de temperatura mostrando el enfriamiento asociado con el afloramiento. C) Nube de humo asociada con los incendios.

El aporte de nutrientes y de hierro por las cenizas de los incendios (unido a las condiciones de afloramiento favorables al crecimiento del fitoplancton), se calcula que habría sido más que suficiente para iniciar y mantener la gigantesca, excepcional y mortífera marea roja.

Este siniestro es una llamada de atención sobre las graves consecuencias que pueden ocasionar los incendios forestales en el océano si las condiciones ambientales son también propicias.

Afortunadamente no parece haber sido el caso de Australia.

Los arrecifes ya están suficientemente amenazados por el aumento de temperatura como para echar más leña al fuego, nunca mejor dicho.

Peces muertos en el río MacLeay (New South Wales). Autor: L Newberry. Fuente: The Guardian.

El tiempo dirá si se observan efectos similares en las zonas costeras y de océano abierto afectadas por las cenizas de los incendios de 2019-2020.

A estas alturas no hay noticias de ningún bloom de fitoplancton y cabe pensar que no sucederá nada parecido a lo de Mentawai.

Lo que sí ha saltado a la prensa es la muerte de centenares de miles de peces en aguas continentales del estado de New South Wales por falta de oxígeno en ríos y lagos cargados de cenizas y fango (The Guardian, 17-I-2020).

Y ahora sí, aquí tienen a un koala con mucha suerte. Me encanta cómo le intenta tranquilizar la rescatadora tras meterlo al transportín.

Uno de esos vídeos que deja esperanza aunque también sabor agridulce en medio del naufragio.

Referencias:

  • Abram N.J. y col. Coral reef death during the 1997 Indian Ocean Dipole linked to Indonesian wildfires. Science 301:952-955 (2003).
  • Bixby R.J. y col. Fire effects on aquatic ecosystems: an assessment of the current state of the science. Freshwater Science 34:1340-1350 (2015).
  • Duggen S. y col. The role of airborne volcanic ash for the surface ocean biogeochemical iron-cycle: a review. Biogeosciences 7:827-844 (2010).
  • Langmann B. y col. Volcanic ash as fertiliser for the surface ocean. Atmos. Chem. Phys. 10:3891-3899 (2010).
  • Martin J. H. & Fitzwater S. E. Iron deficiency limits phytoplankton growth in the north-east Pacific subarctic. Nature 331: 341–343 (1988).
  • Shukla P.R. y col. Technical Summary. In: Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems, 74 pp. (2019). Disponible en: IPCC.
  • Ummenhoffer C.C. y col. What causes southeast Autralia’s worst droughts? Geophys. Res. Lett. 36. L04706 (2019).

Las Coloradas

Jess Glynne («I’ll be there»). Autora: Avigail Collins. Fuente: whowhatwear.co.uk

Jess Glynne es una artista británica de inmenso éxito comercial a la que desconocía por completo hasta hace unas semanas.

Jess Glynne en «I’ll be there» (2018). Fuente: kozziimag.com

Mientras desayunaba en una cafetería los televisores del local emitían vídeos musicales a los que no prestaba casi atención. Pero en esas llegó «I’ll be there» y levanté la mirada del café.

Y no fue por su estribillo pegadizo sino por la aparición de una laguna rosa hasta el horizonte!!

Jess aparecía en la orilla, cerca de un coche sobre un camino de tierra. Todo en el vídeo posee colores y una luminosidad irreal: la laguna rosa, su traje azul de látex, la tierra blanca. Pero no hay ningún truco.

A medida que el vídeo avanza vemos a Jess cabalgando con unas charras y luego en un cenote. Con estas pistas todo apuntaba a que la laguna debía estar en México. Mi yo bloguero batió palmas de contento con este ovillo caído del cielo y me lancé a tirar del hilo y desenredarlo…

Varias webs tratan sobre el vídeo desde el punto de vista artístico y técnico. En ellas describen las circunstancias del rodaje citando efectivamente que la laguna se encuentra en el estado de Yucatán (México), a dos horas en coche de Valladolid. Su nombre: el lago Rosa, en Las Coloradas (Río Lagartos). Luego encontré cantidad de webs turísticas promocionando excursiones diarias desde la Riviera Maya.

A 28 de diciembre de 2019 este vídeo acumula más de 82 millones de visitas. Aquí pueden sumar la suya y descubrir por si mismos lo que tanto me interesó…

El Lago Rosa forma parte del Parque Natural Ría Lagartos, un estero con lagunas hipersalinas en el extremo noreste de la península de Yucatán. Dicho parque representa un refugio para aves migratorias como flamencos, con una flora y fauna únicas de dichos ecosistemas, cocodrilos incluidos.

Flamencos en Las Coloradas. Fuente: civitatis.

Los principales recursos de la pequeña población de Las Coloradas son la explotación industrial de las salinas y la pesca.

El clima en la región se caracteriza por una estación lluviosa (desde finales de junio a octubre), fría/tormentosa (octubre a noviembre) y calurosa/seca (marzo a junio).

Justo en esta época es cuando podemos observar las lagunas rosas tal como las grabaron en «I’ll be there«.

Vamos al color del agua. La salinidad de las lagunas oscila entre 35 (típica del océano) hasta más de 150. Su fitoplancton está dominado por clorofíceas (Dunaliella), criptofíceas (Rhodomonas), cianobacterias y arqueas halófilas (clase Haloarchaea, antes Halobacteria, como p.ej. Halobacterium salinarum). Las arqueas son procariotas pero no son bacterias y poseen su propio reino en el árbol de la vida.

Las responsables del color rosado son principalmente las haloarqueas y Dunaliella salina, que acumulan pigmentos como α-bacterioruberina/bacteriorodopsina y zeaxantina/β-caroteno (entre otros carotenoides), respectivamente.

Estructura 3D de bacteriorodopsina, con 6 hélices y una molécula de retinal. Fuente: proteopedia.org

La bacteriorodopsina cumple en las arqueas el mismo papel que la clorofila y bacterioclorofila en las microalgas y bacterias fotosintéticas: capturar energía lumínica para transformarla en energía química que permita la síntesis de ATP y de moléculas orgánicas.

Curiosamente la bacteriorodopsina es una proteína transmembranal con un cromóforo (la parte de la molécula que absorbe la luz) de tipo retinal.

Es similar a las rodopsinas de vertebrados como las que se encuentran en los bastones, células fotorreceptoras de nuestros ojos (que permiten ver con poca luz), junto a los conos (que poseen otras opsinas responsables de la visión en color).

En cuanto a los carotenoides, tanto la α-bacterioruberina en arqueas como la zeaxantina y el β-caroteno en Dunaliella funcionan como fotoprotectoras y antioxidantes en el aparato fotosintético frente al exceso de luz y radiación UV.

En el zooplancton de lagunas hipersalinas como las de Yucatán domina Artemia salina, un crustáceo que se alimenta de microalgas y al que ingieren luego los flamencos (junto al propio fitoplancton y comunidades microbianas del sedimento), acumulando así los pigmentos responsables del color rosado de su plumaje.

Para terminar…la otra protagonista en Las Coloradas: Dunaliella salina. Seguramente una de las especies de mayor éxito para producción masiva gracias a su capacidad para soportar salinidades intolerables para otros microorganismos.

Dunaliella salina (Microscopio electrónico de barrido, coloreada). Autor: S. Gschmeissner. Fuente: pixels

El interés de su cultivo radica en la capacidad de acumular β-caroteno (hasta un 14% de peso seco), un carotenoide de gran interés por sus aplicaciones en biotecnología, la industria alimentaria y farmacéutica.

En un artículo de 2007 García y col. aislaron en Las Coloradas cepas de dos especies –D. salina y D. viridis– para estudiar sus rangos fisiológicos y producción de carotenoides.

Entre D. salina y D. viridis hay una diferencia: sólo la primera acumula β-caroteno, lo cual no quita que D. viridis se utilice como alimento en acuicultura.

Ambas especies fueron capaces de soportar temperaturas de hasta 38ºC !!. De hecho, a esa temperatura tan loca el contenido de carotenoides fue máximo en D. salina.

En cuanto a la salinidad, ambas especies toleraron salinidades de 10-35% (10 veces superiores a la del océano) y el crecimiento máximo en D. salina se observó con 10% de NaCl (y 22ºC de temperatura). Disuelvan dos cucharaditas de sal en medio vaso de agua y prueben un poquito. En eso tan indescriptible retoza feliz D. salina cual cochina en el fango !!

Colonias de Dunaliella atacamensis sobre telarañas (A,C,D) y ampliadas al microscopio óptico (B). La flecha roja (en D) señala una colonia en una gota de agua. Fuente: Fig.1 de Azúa-Bustos y col. (2010).

Y es que a Dunaliella no hay muchas microalgas que puedan superarla en lo de vivir en ambientes extremos…

Porque existe otra especie, D. atacamensis, que es subaérea!! La descubrieron en las telarañas de una cueva en el desierto de Atacama (Chile) en 2010 (Azúa-Bustos y col.).

La cueva se abría hacia el sur al océano Pacífico, en la cordillera costera a 100 km de Iquique. Y en la penumbra de su entrada encontraron que D. atacamensis aprovechaba la condensación de la brisa marina para formar colonias sobre las telarañas de la pared.

Referencias:

  • Azúa-Bustos A. y col. A novel subaerial Dunaliella species growing on cave spiderwebs in the Atacama Desert. Extremophiles 14:443-452 (2010).
  • García F. y col. Physiological characterization of Dunaliella sp. (Chlorophyta, Volvocales) from Yucatan, Mexico. Biores. Technol. 98:1359-1365 (2007).
  • Oren A. The ecology of Dunaliella in high-salt environments. J. Biol. Res.-Thess. 21:23 (2014).
  • Torrentera L. & Dodson S.I. Ecology of the brine shrimp Artemia in the Yucatan, Mexico, Salterns. J. Plankton Res. 26:617-624 (2004).

La banda amarilla del Everest

Imagen de portada: La cumbre del Everest [Fuente: Pinterest].

Alfred Wegener presentó en 1912 su hipótesis sobre la deriva de los continentes, décadas antes de comprender los mecanismos que la regían y de que se enunciase la teoría de la tectónica de placas.

Epicentros de terremotos. Autor: NASA. Fuente: denali.gfsc.nasa

Las zonas de colisión entre placas son «puntos calientes» de actividad sísmica y a lo largo de ellas se distribuyen los epicentros de los seísmos más importantes registrados en el planeta.

El choque entre placas es responsable también de las simas oceánicas más profundas y del levantamiento de cordilleras como la americana (desde Norteamérica hasta los Andes), los Alpes, el Atlas y el Himalaya.

Esta última formación surgió tras la colisión entre la placa India y la Euroasiática hace 55 millones de años.

La placa India llegó desde el sur, separándose de la africana y antártica, a medida que el lecho del antiguo mar de Tetis se hundía bajo la corteza continental.

Placas tectónicas mayores. Fuente: USGS

La colisión de placas dejó tras de sí el actual océano Índico levantando de paso la cordillera más elevada del mundo. Pero el mar de Tetis no desapareció sin dejar rastro.

Porque el Himalaya surgió precisamente por la elevación de su lecho. Las rocas más densas de la corteza oceánica se hundieron en los límites entre placas pero aquellas más ligeras, cargadas de sedimentos y fósiles marinos, se elevaron.

Sobre ellas actuaron presiones enormes que las transformaron en rocas metamórficas en distinto grado (debido al calor por la presión y el engrosamiento de la corteza). Así se formó el Himalaya…

Para ilustrarlo mejor vamos a utilizar el Everest (Qomolangma en tibetano o Sagarmatha en nepalí).

Los minerales que integran su base soportaron mayor presión y temperatura por lo que se fundieron eliminando cualquier resto de fósiles marinos. Se trata de rocas metamórficas como esquistos, gneis y granito.

Sin embargo, en niveles superiores (desde unos 6.900 metros de altitud y hasta la cumbre del Everest) se conservaron fósiles de hasta 400 millones de antigüedad. Depósitos marinos que hoy contemplan el mundo desde su mismo techo. Del lecho al techo, si me permiten el chiste malo.

Principales formaciones rocosas del Everest. YB es la banda amarilla (Yellow Band). Fuente: volcanocafe y earthsciences.

En una cota por encima de 8.000 metros, se encuentra la banda amarilla del Everest. En 2005 un grupo de investigadores japoneses publicaron un estudio sobre la geología de su cumbre y de la banda amarilla.

Aprovecharon que uno de los coautores había coronado el Everest y recogido preciosas muestras hasta sólo 6 metros de la cima (y no en ella porque se encontraba cubierta de hielo).

La disposición de estratos en la banda amarilla sugiere que los sedimentos calizos que la formaron se depositaron en una plataforma continental bastante inclinada. Su grosor es de 172 metros.

La banda amarilla está formada por arenisca sedimentaria de fondos marinos someros, que se transformó en distintas rocas metamórficas: mármol, filita (con moscovita y biotita), y semi-esquistos.

Debido al metamorfismo la banda amarilla no conserva apenas fósiles, pero a pesar de ello se aciertan a distinguir rastros de crinoideos, ostrácodos, braquiópodos y trilobites.

Clases de microbialitos según su entramado interno. Fuente: Riding (2011).

Sobre la banda amarilla se encuentra el último estrato: caliza prácticamente inalterada con fósiles de ostrácodos, trilobites y crinoideos en un lecho sedimentario de unos 60 metros de grosor, formado por trombolitos. ¿Hein? ¿trombo-qué?

Traducción de trombolito: sedimentos atrapados en un biofilm de cianobacterias. Sí, han leído bien. La cumbre del Everest, el techo del mundo, alberga estructuras originadas por cianobacterias marinas.

Los trombolitos son un tipo de microbialito: depósitos organo-sedimentarios, generalmente de carbonato cálcico.

Estromatolitos (Shark Bay, Australia). Fuente: lifeder.com

Quizás les suenen otras estructuras relacionadas, los estromatolitos.

Ambas se diferencian en que los estromatolitos tienen estructuras laminadas en su interior mientras que los trombolitos son irregulares, grumosos.

Los estromatolitos son los fósiles más antiguos del mundo, las primeras evidencias de vida sobre La Tierra (3500 millones de años).

Trombolitos fósiles en Flower’s Cove (Terranova, Canadá). Fuente: tripadvisor.

Su abundancia y diversidad se redujeron enormemente desde los últimos 1000 m.a. y hoy en día para contemplarlos «vivos» hay que subirse a un avión con destino a Australia o Bahamas.

Los trombolitos aparecen más tarde en el registro fósil (desde hace 1200 m.a.), y además de los que coronan el Everest podemos admirar restos fósiles a nivel del mar en lugares como Terranova (Canadá) o Almería (España).

Los trombolitos «vivos» son escasos hoy en día y se encuentran en lagos salobres de Australia y en Columbia Británica (Canadá).

¿Cómo se forman los trombolitos?

Para empezar, las cianobacterias no son organismos que fabriquen estructuras calcáreas de manera obligatoria (como los cocolitofóridos, p.ej.).

Provocan la precipitación de carbonatos al absorber CO2 durante la fotosíntesis, y el resultado final depende de que las condiciones ambientales sean favorables (alto estado de saturación del carbonato en el agua), así como de las tasas de precipitación, sedimentos depositados y la comunidad microbiana del biofilm.

Formación de cristales de carbonato cálcico en cianobacterias filamentosas. Fuente: Riding (2011).

La calcificación en cianobacterias es extracelular.

Los cristales de carbonato se forman en la vaina mucilaginosa que protege a las células debido a la absorción activa de bicarbonato (HCO3).

Este se transforma intracelularmente en CO2, liberando hidroxilos (OH) al medio.

Dicho proceso aumenta el pH alrededor de las células induciendo la precipitación de carbonato cálcico (tal como muestra la figura anterior).

Scytonema. Fuente: conncoll.edu

La aparición de trombolitos en el registro fósil coincide con una caída significativa en los niveles de CO2 hace 1200 m.a. y el consiguiente desarrollo de mecanismos de concentración de CO2 en cianobacterias, responsables del proceso de absorción activa de bicarbonato.

¿Qué cianobacterias los forman?

En los trombolitos modernos encontramos cianobacterias filamentosas como Scytonema.

Y entre los fósiles destacan Angusticellularia, Botomaella y Girvanella.

Volviendo al Everest para terminar…

(a-d) microfotografías de rocas en la cima del Everest. (e-f) en la banda amarilla. Fuente: Sakai y col. (2005).

Para ilustrar los fósiles marinos de la cumbre y el metamorfismo en la banda amarilla, lo mejor es una imagen de las muestras recogidas por Mr. Sawada ¡¡el intrépido investigador que se ganó con creces la firma como coautor de Sakai y col. (2005)!!

En ella pueden observar restos de crinoideos (C), trilobites (T), ostrácodos (O) y pellets fecales (P), en rocas de la cima (a-d).

Y en contraste las muestras de la banda amarilla (e-f), alteradas por el metamorfismo (e: mosaico de calcita; f: cuarzo-moscovita).

Referencias:

-Riding R. Calcified cyanobacteria. Encyclopedia of Geobiology. Encyclopedia of Earth Science Series, Springer. pp. 211-223 (2011).

-Riding R. Microbialites, Stromatolites and Thrombolites. Encyclopedia of Geobiology. Encyclopedia of Earth Science Series, Springer. pp. 635-654 (2011).

-Sakai H. y col. Geology of the summit limestone of Mount Qomolangma (Everest) and cooling history of the Yellow Band under the Qomolangma detachment. The Island Arc 14:297-310 (2005).

Hace 66 millones de años

Imagen de portada: fósiles de ammonites (Speetoniceras sp.). [Autor: Daderot (Wikimedia)].

«Gee, I wish we had one of them doomsday machines…»

Dr. Strangelove (1964).

Leyendo artículos científicos uno se encuentra a veces expresiones y palabras sin traducción directa del inglés. Una de ellas es Strangelove ocean, en referencia a la mítica película «Dr. Strangelove» (¿Teléfono rojo? viajamos hacia Moscú), de Stanley Kubrick (1964).

Peter Sellers caracterizado como el Dr. Strangelove en esta fabulosa sátira antibelicista. La cita que escogí para el comienzo de la entrada me parece desternillante. Aquí tienen la escena para entenderla (min 3:33).

El Dr. Strangelove es un científico que trabajó para los nazis y luego como director de las investigaciones y desarrollo de armamentos de E.E.U.U. Él es quien confirma la posibilidad de que la U.R.S.S. posea el «artefacto definitivo» («doomsday machine»), una bomba nuclear que arrasaría la vida sobre La Tierra.

Dicha escena ocurre durante el gabinete de crisis reunido en el Pentágono.

Pero una catástrofe similar también podría llegar del espacio y de hecho originó la última extinción masiva en La Tierra. Hace unos 66 millones de años el impacto del asteroide de Chicxulub (Yucatán, México) provocó lo que se conoce como un invierno nuclear: oscuridad prolongada.

Si por algo es famoso aquel cataclismo es porque finiquitó a los dinosaurios. Una extinción en masa, aunque selectiva, al final del Cretácico, que acabó con el 70% de las especies sobre el planeta. Ello incluye a los ammonites y al nanoplancton calcáreo responsable de los depósitos de carbonato cálcico (creta) que dieron nombre a dicho período.

Los restos geológicos indican tsunamis, incendios y terremotos devastadores, pero las causas que llevaron a la extinción masiva de la vida en tierra y mar son menos evidentes. Una explicación propuesta en los años 80′ fue la del colapso de la fotosíntesis en el océano: Strangelove ocean (océano muerto).

Los motivos: el bloqueo de la luz solar tras el cataclismo impidió la fotosíntesis en el océano por las cenizas y gases emitidos a la atmósfera. Sin mencionar la destrucción temporal de la capa de ozono, calentamiento global, lluvia ácida y brusca acidificación del océano.

El cráter de Chicxulub tiene 200 km de diámetro. Fuente: ptcy.com.mx

El indicio: la caída del gradiente de δ¹³C característico entre las conchitas de foraminíferos planctónicos (que habitan en la capa superior del océano) y bentónicos (en el fondo).

Dicho gradiente se mantiene por efecto de la fotosíntesis de las microalgas y refleja también la eficiencia de la bomba biológica de carbono (es decir: el carbono orgánico exportado desde la superficie al fondo del océano). Por tanto su caída se interpretó como el colapso de la fotosíntesis.

Para entender esto del gradiente vamos a explicar tres cosas, por este orden: 1) qué es el δ¹³C, 2) qué efecto que tiene sobre él la fotosíntesis y 3) qué indica el δ¹³C de las conchitas de los foraminíferos.

  1. δ¹³C es la diferencia entre los isótopos ¹³C y ¹²C. Su abundancia relativa es 98,89% para el ¹²C y 1,10% para el ¹³C. El resto es ¹4C (radiactivo y minoritario). Si una muestra está enriquecida en ¹²C su δ¹³C será, en consecuencia, menor. Aquí tienen la fórmula: δ¹³C=[(¹³C-¹²C)muestra/ (¹³C-¹²C)estándar]x1000‰
  2. Las microalgas cuando incorporan CO2 en la fotosíntesis discriminan a favor del isótopo ligero ¹²C, retirándolo así del agua y enriqueciendo a esta en ¹³C. Resultado: el agua superficial tiene δ¹³C más altos en comparación a las aguas profundas. Además, la remineralización de la materia orgánica procedente del fitoplancton (carbono orgánico exportado) libera nuevamente el ¹²C al agua disminuyendo el δ¹³C profundo.
  3. El δ¹³C en las conchas de los foraminíferos refleja el δ¹³C de las aguas en las que habitan.

Estas tres cuestiones nos ayudan a entender el gradiente de δ¹³C entre especies planctónicas y bentónicas de foraminíferos. En un océano vivo, el δ¹³C de las conchas planctónicas es superior a las bentónicas debido a la producción primaria y a la exportación de la materia orgánica al fondo.

Tras el impacto en el Yucatán, el gradiente de δ¹³C entre las conchas planctónicas y bentónicas se redujo drásticamente debido exclusivamente a la disminución del δ¹³C en las planctónicas. Este fue el indicio en el que se basó la hipótesis del Strangelove ocean (océano muerto: sin fotosíntesis).

Sin embargo, los foraminíferos bentónicos (a diferencia de los planctónicos), no sufrieron extinciones. Y esto no cuadra con un Strangelove ocean dado que su supervivencia depende estrechamente de la materia orgánica que cae desde la superficie: del fitoplancton.

Imagen SEM de un cocolito perteneciente a microalgas calcáreas del período Cretácico (origen: Folkestone Chalk). Fuente: age.fotostock

Alegret y col. (2012) propusieron otra hipótesis: la brusca acidificación (y no la oscuridad, que habría durado 1-2 años), fue el motivo de la extinción masiva de la vida en el océano, afectando al nanoplancton calcáreo y al resto del ecosistema en cascada.

La reducción del gradiente de δ¹³C entre foraminíferos planctónicos y bentónicos indicaría una reducción moderada y regional de la materia orgánica exportada (bomba biológica menos eficaz), pero no de la producción primaria que se habría recuperado rápidamente.

De lo contrario la catástrofe para la vida habría sido aún mayor y los foraminíferos bentónicos se habrían extinguido masivamente.

¿Y cómo afecta al δ¹³C el hecho de que la bomba biológica sea menos eficaz? Si la materia orgánica se remineraliza en aguas superficiales (y no se exporta tanto al fondo) el ¹²C se libera más en dicha zona y se reduce el gradiente de δ¹³C entre foraminíferos planctónicos y bentónicos.

La propia Laia Alegret explicó con lujo de detalles el tema de la acidificación al final del Cretácico y sus trabajos sobre foraminíferos en una entrevista reciente en Ciencia.es (Eventos climáticos y de extinción a través de los microfósiles).

Laia Alegret es paleontóloga y profesora titular en el departamento de Ciencias de La Tierra (Universidad de Zaragoza). Fuente: Ciencia.es

La oscuridad de aquel invierno nuclear habría durado 1-2 años, a lo sumo. Y la acidificación del océano afectó solo a la capa superficial con extinciones catastróficas y rápidas tras el impacto del asteroide.

La desaparición asociada del nanoplancton calcáreo facilitó que otros grupos de microalgas, como los dinoflagelados, aprovechasen las condiciones eutróficas del nuevo océano para proliferar.

Los efectos sobre la diversidad de las comunidades marinas se prolongaron en el tiempo cientos de miles de años, a diferencia de la extinción masiva e inmediata.

El desequilibrio ecológico y la pérdida de diversidad en el plancton habría disminuido la eficacia de la bomba biológica, aunque con grandes diferencias a nivel local en los océanos.

A esta segunda hipótesis se la denominó luego océano heterogéneo: reducción regional de la bomba biológica.

Una tercera hipótesis es la del oceáno vivo: recuperación global de la productividad primaria y reducción global de la bomba biológica como explicación de la disminución del gradiente de δ¹³C.

Todo esto sigue siendo objeto de estudio y de debate. En 2019 Henehan y col. publicaron los resultados de un modelo y datos experimentales que darían la razón a un escenario intermedio: reducción global de la productividad primaria y de la bomba biológica.

Según estos autores la hipótesis del océano vivo no bastaría por sí sola para explicar los resultados obtenidos a partir de los fósiles de foraminíferos.

Además de una intensa remineralización de la materia orgánica en superficie sería también necesaria una reducción global del 50% en la productividad primaria para explicar la evolución de los gradientes de δ¹³C y de pH estimados en aquel océano que renacía de sus cenizas nunca mejor dicho tras el invierno nuclear.

Referencias:

  • Alegret A. y col. End-Cretaceous marine mass extinction not caused by productivity collapse. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109:728–732 (2012).
  • Henehan M.J. y col. Rapid ocean acidification and protracted Earth system recovery followed the end-Cretaceous Chicxulub impact. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 116:22500-22504 (2019).
  • Vellekoop J. y col. Ecological response to collapse of the biological pump following the mass extinction at the Cretaceous-Paleogene boundary. Biogeosciences Discuss. doi:10.5194/bg-2016-275 (2016).

Nadando de noche

Imagen de portada: moon and sea [Autor: George Desipris. Fuente: pexels].

Nightswimming, remembering that night.

«Nightswimming». REM (Automatic for the people, 1992).

Las microalgas no duermen. De noche nadan y continúan con su ciclo de vida gracias a la energía acumulada durante el día. Sin luz no hay fotosíntesis pero en las horas nocturnas se dedican a asuntos tan importantes como dividirse. Sin embargo, hay una especie de microalga que sí «duerme» por la noche y se despereza al levantar el día.

Les propongo una cosa: pinchen sobre el vídeo y sigan leyendo (si quieren, claro). Es un bonito hilo musical para la historia de hoy.

En 1985, en una laguna intermareal en la isla de Jogashima (Japón) se documentó un curioso fenómeno: unas microalgas que proliferaban durante el día, en marea alta, a lo largo de la primavera y el verano.

A aquellas células, dinoflagelados para más señas, las identificaron como Goniodoma pseudogoniaulax. Para empezar estaba mal escrito (siendo japoneses tienen disculpa). El nombre correcto, o eso creían ellos, era Goniodoma pseudogonyaulax.

Isla de Jogashima. Autor: S. Chakrabarty. Fuente: Flickr.

Pero el género tampoco estaba actualizado porque ya se había transferido en 1983 al género Alexandrium. Quitando este detalle taxonómico había otro asunto si cabe más importante. El comportamiento de aquel dinoflagelado no era nada habitual.

Sus células vegetativas, móviles, flageladas y cubiertas por tecas de celulosa, se dirigían al fondo al atardecer y muchas se desprendían allí de sus flagelos y placas. Se quedaban quietecitas y se transformaban en quistes temporales.

Luego, a lo largo de la madrugada, algunos quistes se dividían. Y en las horas previas al amanecer se desperezaban liberando células flageladas que se dispersaban en el agua de la laguna. Con la llegada de un nuevo atardecer estas se dirigían al fondo para repetir la fase bentónica.

Ilustración original de A. hiranoi. Fuente: Kita & Fukuyo (1988).

Su aspecto no encajaba del todo con Alexandrium pseudogonyaulax y sumando evidencias se concluyó en 1988 que se trataba de una nueva especie, Alexandrium hiranoi.

En la descripción original sus autores señalaron que también se había encontrado en la Laguna de Óbidos, en Portugal (Kita & Fukuyo 1988).

Justo antes de darle el nombre que aún tiene en la actualidad, otro grupo japonés descubrió que las células de A. hiranoi producían una nueva toxina que designaron Goniodomina A (GDA), parecida a las pectenotoxinas.

La descubrieron buscando sustancias biológicamente activas y se interesaron en ella porque poseía propiedades antifúngicas.

Goniodomina A. Estructura original publicada por Murakami y col. (1988).

Sin embargo, la GDA también tiene efectos indeseados: es tóxica para la fauna marina y se ha relacionado con muertes de invertebrados y peces (p.ej. en el estuario del Misissipi y la costa de Florida), durante las proliferaciones de otra especie de Alexandrium productora de GDA: A. monilatum.

Recientemente se ha descubierto que Alexandrium pseudogonyaulax (la especie prima-hermana de A. hiranoi) aislado en la laguna de Bizerte (Túnez) también produce GDA. Estas tres especies (A. hiranoi, A. monilatum y A. pseudogonyaulax) sólo parecen producir Goniodominas: ni rastro de otras biotoxinas.

Nunca se han registrado intoxicaciones en humanos por Goniodominas y se desconoce si el consumo de marisco contaminado con ellas (GDA ó GDB, variante descubierta en 2016) supone un riesgo para la salud. Ni siquiera se encuentran entre las biotoxinas reguladas por la Unión Europea.

A día de hoy no plantean ningún riesgo porque las especies que las producen no son abundantes. Pero vigilar su presencia como precaución ante cambios en esta situación en el futuro no deja de ser recomendable. Y desde el año pasado ya existe un método de LC-MS para su detección y cuantificación (Krock y col. 2018).

A. hiranoi. Fuente: sci.hokudai.ac.jp

Mientras, las células de A. hiranoi siguen ajenas a todas estas preocupaciones humanas. Ellas continúan con su curioso ciclo de vida, alternando una fase planctónica y bentónica entre el día y la noche. Yéndose al fondo para soñar como quistes temporales y despertándose al alba para nadar, colocándose bien sus flagelos cada mañana…

Referencias:

  • Espiña B. y col. Cytotoxicity of goniodomin A and B in non contractile cells. Toxicol. Lett. 250–251:10–20 (2016).
  • Kita T. y col. Life history and ecology of Goniodoma pseudogoniaulax (Pyrrophyta) in a rockpool. Bull. Mar. Sci. 37:643-651 (1985).
  • Kita T. & Fukuyo Y. Description of the gonyaulacoid dinoflagellate Alexandrium hiranoi sp. nov. inhabiting tidepools on Japanese Pacific coast. Bull. Plankton Soc. Jpn. 35:1–7 (1988).
  • Krock B. y col. Development of a LC-MS/MS method for the quantification of goniodomins A and B and its application to Alexandrium pseudogonyaulax strains and plankton field samples of Danish coastal waters. Toxicon 155:51-60 (2018).
  • Murakami M. y col. Goniodomin A, a novel polyether macrolide from the dinoflagellate Goniodoma pseudogoniaulax. Tetrahedron Lett. 29:1149–1152 (1988).
  • Zmerli Triki H. y col. First report of goniodomin A production by the dinoflagellate Alexandrium pseudogonyaulax developing in southern Mediterranean (Bizerte Lagoon, Tunisia). Toxicon 111:91–99 (2016).

El lado siniestro de Konstantín

Para apreciar una obra de arte, un libro o una canción, no necesitamos conocer a la persona que la creó. Pero si luego nos cuentan que era una rata inmunda, animal rastrero, escoria de la vida, adefesio mal hecho…¿separaremos ambos asuntos? ¿olvidaremos sus obras? Depende de lo que haya hecho ¿verdad?

Y a la hora de citar un artículo científico ¿pensamos alguna vez en los autores? ¿qué pasaría si descubriésemos un pasado siniestro en su biografía?

Luc Montagnier (1932-). Fuente: Biografías y vidas.

Para empezar, por muy prestigioso y premiado que sea, ningún científico está libre de hacer o decir tonterías, nadie es infalible ni puede saber de todo.

Por ejemplo Luc Montagnier (descubridor del virus del SIDA y Nobel de medicina 2008), defensor de la homeopatía y altavoz del movimiento antivacunas (eldiario.es, elpais.com).

Luego están la miseria y la falsedad. Bill Bryson, en su imprescindible «Una breve historia de casi todo» repasa las figuras de varios investigadores que pasaron a la historia tanto por sus logros como por su falta de escrúpulos. Por ejemplo el paleontólogo Richard Owen, responsable del término «dinosauria» pero también la única persona a la –que sepamos– Charles Darwin detestó siempre. Con razón.

Sin embargo, salvo en casos de mala praxis, fraude y retirada de artículos, lo que hagan los científicos con su vida no afecta al impacto de sus estudios. Pero quizás deberíamos informarnos más y escoger mejor a quien citamos tal como propone el microbiólogo John R. Dolan a cuenta de nuestro protagonista de hoy.

Konstantín S. Merezkovskii (1855-1921), en 1911. Fuente: Prjamoj Put.

Les hablaré de un criminal asociado a uno de los logros históricos de la biología del siglo XX: Konstantín Merezhkovskii y la teoría de la simbiogénesis.

Merezhkovskii fue un reputado taxónomo ruso (particularmente sobre diatomeas) que publicó en 1905 (en ruso y en alemán): «Sobre la naturaleza y el origen de los cromatóforos en el Reino de las Plantas«.

En dicho estudio desarrollaba su teoría de la simbiogénesis, resultado en realidad de una síntesis de conceptos e ideas previas desarrolladas a lo largo de 40 años por otros investigadores en distintas disciplinas.

Su mérito fue encajar todas las piezas y sugerir que el origen de los cloroplastos era una cianobacteria dada su simplicidad estructural (aunque esto también lo intuyó antes Ernst Haeckel en uno de sus estudios).

Varios colegas de su época sugerían que el origen de los cloroplastos eran las mitocondrias. Mientras, Merezhkovskii rechazaba que las mitocondrias tuviesen un origen simbionte porque pensaba que contradecía a su propia teoría.

Cloroplastos. Fuente: Todosobrecloroplastos.

La teoría de la simbiogénesis de Merezhkovskii incluía cuatro apartados: 1) la reproducción independiente de los cloroplastos, 2) su parecido fisiológico y morfológico con las cianobacterias, 3) su analogía con los casos de simbiosis de algas en animales, y 4) el origen polifilético de la vida. Pero Merezhkovskii realizó escaso o ningún trabajo experimental sobre estos asuntos.

El biólogo alemán Anton de Bary fue quien acuñó en 1879 la expresión de «simbiosis« para referirse a la coexistencia de organismos con distinto nombre, relacionados entre los extremos que van del mutualismo al parasitismo.

En las décadas de 1880 y 1890 muchos biólogos plantearon que los cloroplastos podían proceder de organismos simbiontes. Entre ellos Ernst Haeckel, Edward B. Wilson y sobre todo Andreas Schimper, estudiante de Bary, quien planteó en 1883 el término cloroplasto sugiriendo su origen simbionte:

Green plants may in fact owe their origin to the unification of a colourless organism with one uniformly tinged with chlorophyll.

(Schimper 1883)
Andrei Famintzin (1835-1918). Fuente: Wikimedia commons.

El fisiólogo ruso Andrei Famintzin estableció con sus estudios las bases para el desarrollo de la teoría simbiogenética. Junto a su colega Baranetzky publicó en 1867 el cultivo de algas verdes (Trebouxia) obtenidas de líquenes, considerados hasta entonces como organismos unitarios.

Luego quiso extender sus resultados a otros seres vivos, extrayendo e intentando cultivar (sin éxito) las «zooclorelas» y «zooxantelas» de invertebrados marinos.

Famintzin pretendía demostrar que los cloroplastos de las células vegetales eran simbiontes y podían cultivarse independientemente. Lo intentó con los cloroplastos de la macroalga Vaucheria pero no llegó a nada, claro. Nunca aceptó la teoría de las cianobacterias como origen de los cloroplastos y ridiculizó la publicación de Merezhkovskii (1905) en una suya posterior de 1907.

El lado siniestro de Konstantín.

En 1886, con 31 años, Merezhkovskii abandonó San Petersburgo y se trasladó a Crimea por causas desconocidas, aunque se sospecha que pudo tener que ver con su pedofilia. De hecho en 1898 abandonaría Crimea para huir de varias denuncias de pederastia, dejando allí a su mujer e hijo, en la pobreza.

Se trasladó a EEUU y en California fue acusado de violar a una niña de 14 años. Allí publicó un libro («Earthly Paradise…«), una distopía que combinaba fascismo y eugenesia en un mundo acorde a sus tendencias pedófilas, en el que toda la población vivía desnuda en los trópicos.

En 1902 regresó a Rusia para incorporarse a un puesto en la Universidad de Kazan…y su ideología de extrema derecha le permitió colaborar con la policía secreta del Zar, denunciando «actividades sospechosas» de colegas y conocidos judíos u otros «traidores».

En 1914 volvió a escapar de Rusia por nuevos escándalos sexuales, con acusaciones de pederastia sobre 26 niñas y adolescentes entre 1905-1914 (incluida Kaleeria Korshunova, que tenía 6 años cuando él se convirtió en su tutor). El escándalo alcanzó dimensiones nacionales y en la prensa le apodaron «El marqués de Sade de Kazan».

El ministro de educación pública, L.A. Kasso, le echó de su puesto de profesor de botánica, pero continuó formando parte del personal de la Universidad de Kazan hasta 1917. Luego se trasladó a Suiza donde continuó publicando y manteniendo contacto con colegas botánicos franceses.

Hôtel des Familles (Ginebra). Fuente: Sapp y col. (2002).

Merezhkovskii se veía a si mismo como un salvador de la humanidad y en 1920 publicó un manuscrito titulado «Instructions for my disciples, concerning my doctrine for the salvation of the humanity«. Para él, en una sociedad pacífica no había lugar para los judíos, dejando bien claro su visión pre-nazi, entre otras lindezas.

Este personaje se suicidó en 1921 en el «Hôtel des Familles» en Ginebra, atado a la cama y asfixiado con una máscara conectada a una mezcla de gases tóxicos que él mismo preparó con ácidos y cloroformo.

La teoría de la simbiogénesis de Merezhkovskii era especulativa aunque su propuesta del origen cianobacteriano de los cloroplastos proporcionaba un hilo para comprobar su validez.

No fue hasta la segunda mitad del s.XX con el descubrimiento del ADN y el desarrollo de nuevas tecnologías cuando se pudo retomar de forma sistemática y rigurosa el papel de la simbiosis en el origen y la evolución celular.

Lynn Margulis (1938-2011). Fuente: dtnetwork.org

Fruto de ello Lynn Margulis propuso la teoría moderna de la simbiogénesis en 1967, planteando el origen endosimbionte en serie de los orgánulos celulares.

El trabajo donde la presentó («On the origin of mitosing cells«, firmado con su apellido de soltera, Sagan) fue rechazado por más de diez revistas científicas. Hoy en día se considera como la obra que resucitó y permitió profundizar en el concepto de endosimbiosis como motor fundamental de la evolución en las células eucariotas. Una historia, la del origen y evolución celular, que aún hoy desconocemos en su totalidad.

Y para terminar me despediré con esta reflexión de John R. Dolan:

«[…] es importante leer bien los trabajos que uno cita y considerar cuidadosamente cómo deberían citarse. Pocos de nosotros, espero, citarían inopinadamente o destacarían a un proto-nazi, violador de niños en serie, cuyo trabajo no fue incuestionablemente original».

Trad. de Dolan J. (2019)

Referencias:

  • Dolan J. A cautionary tale: we choose who to cite, who to recognize — please do so carefully. J. Plankton Res. 41:363-365 (2019).
  • Gray M.W. Lynn Margulis and the endosymbiont theory: 50 years later. Mol. Biol. Cell 28:1285-1287.
  • Provorov N.A. K.S. Mereschkowsky and the origin of eukaryotic cells: 111 years of symbiogenesis theory. Agr. Biol. 51:746-758.
  • Sagan L. On the origin of mitosis cells. J. Theor. Biol. 14:225-274.
  • Sapp J. Symbiogenesis: the hidden face of Constantin Merezhkowsky. Hist. Phil. Life Sci. 24:413-440 (2002).

Las focas de Morrell

Imagen de portada: focas del Cabo. Fuente: thesardinerun

20 de septiembre de 1828. El capitán Benjamin Morrell, conocido en su época como «el mayor embustero del Pacífico«, recorre con su goleta «Antarctic» las costas de Namibia. Y en su rumbo hacia el norte se detiene en isla Posesión, a unos tres kilómetros del continente.

Vista aérea del sur de isla Posesión. Autor: Brian J. McMorrow. Fuente: pbase.com

La reputación de Morrell era dudosa porque solía mezclar en sus escritos experiencias propias y ajenas «hasta el punto de no poder distinguir a quien pertenecían«.

Pero lo que descubrió en aquella isla quizás no se lo inventó del todo y según Timothy Wyatt (1980) bien pudo deberse a una proliferación de microalgas tóxicas.

Conozco a Tim Wyatt desde 2008 cuando me incorporé al IEO de Vigo. Hemos coincidido pocas veces, en conferencias internacionales y por otros motivos cerca de Vigo.

Foto de grupo proyecto LIFEHAB (2001). Tim Wyatt está en la segunda fila a la derecha, con camiseta blanca. Fuente: ICM-CSIC.

A lo largo de su larga carrera (está jubilado pero sigue publicando) Tim ha abordado diversos temas, incluyendo la ecología y dinámica de poblaciones de microalgas nocivas. También fue el editor durante dos décadas de Harmful Algal News (ISSHA).

El año pasado me regaló algo muy valioso: dos artículos suyos de 1979 y 1980. Y lo hizo después de asistir a una de las charlas que dí sobre historias de algas y el mar relacionadas con Verne (Un mar de Verne). Al leerlos entendí por qué.

El primero de dichos artículos es «Global Patterns of Discolored Water and Related Events in the Nineteenth and Twentieth Centuries» y el segundo es el que he escogido para esta entrada: «Morrells’s seals«.

Posesión es la principal de un grupo de islas e islotes conocido como Islas Pingüino dispersas a lo largo de la costa de Namibia, una región desértica con aguas muy productivas por el afloramiento de Benguela y ricas en recursos pesqueros como ustedes sabrán.

Morrell, a su llegada a isla Posesión en 1828, dice lo siguiente:

«En este lugar, en los meses de agosto, septiembre y octubre pueden recogerse cantidades inmensas de huevos de pingüinos; y en su costa pueden capturarse abundantes peces de excelente calidad. En la superficie de esta isla vi los efectos de una plaga o peste, que había afectado a los habitantes anfibios del océano […] toda la isla estaba literalmente cubierta por carcasas de lobos marinos, con la piel sobre ellas. Parecía que habían muerto hacía cinco años y era evidente que había sucedido al mismo tiempo. Yo diría, a juzgar por la inmensa cantidad de carcasas y huesos, que no había menos de medio millón, y que habían sido víctimas de una misteriosa plaga o enfermedad.»

Trad. de Morrell B. (1832).
Arctocephalus pusillus en «Cape Cross», costa de los esqueletos (Namibia). Autor: Grobler du Preez. Fuente: 123rf.com

Las víctimas en cuestión eran Arctocephalus pusillus, conocidas como focas del Cabo, aunque para ser precisos se trata de lobos marinos. Focas y lobos marinos son mamíferos pinnípedos con diferencias físicas y ecológicas que no explicaré aquí.

Nos basta con saber que dicha especie vive en la región sur de África y Australia. Aunque su colonia en isla Posesión se extinguió.

El relato de Morrell continúa y 17 millas al norte llegan a Bahía Angra Pequena. En ella describe otra escena similar:

«Dos millas al noroeste […] se encuentran dos islas pequeñas […] antes acogían a un número inmenso de lobos marinos, pero fueron aniquilados sin duda por la misma plaga que los devastó en isla Posesión, ya que sus restos mostraban el mismo aspecto en ambos casos.»

Trad. de Morrell B. (1832).

Morrell recorrió la costa de Namibia durante nueve meses y en aquel viaje descubrió colonias sanas de lobos marinos en otras islas situadas entre Posesión y Angra Pequena. Al año siguiente regresó a la misma zona. Un tornado de grandes dimensiones pasó a unos 200 metros del barco y Morrell sugirió que este fenómeno pudo sofocar y matar a los lobos marinos.

Peces muertos en la costa suroeste africana tras una proliferación de dinoflagelados (Tripos furca y Prorocentrum micans). Fuente: Kudela y col. (2005).

La realidad es que en la costa suroeste de África se registran habitualmente mortalidades masivas de fauna marina.

Tal como tratamos en «La costa de las langostas asfixiadas», dicho fenómeno puede deberse a la hipoxia estacional por la descomposición de las proliferaciones de fitoplancton (incluyendo mareas rojas, nocivas o no), por la respiración de la comunidad planctónica y/o erupciones tóxicas de sulfuro de hidrógeno.

Uno de dichos episodios fue documentado en 1880 en Bahía Ballena (Walvis Bay), Namibia. En aquella ocasión llegaron a la orilla miles de peces muertos durante varios días (Gilchrist, 1914). El agua de la bahía estaba teñida de rojo con un aroma maloliente flotando en el aire. Al mismo tiempo, todo lo que era blanco se ennegreció, tanto en el buque de los testigos de aquel evento como en las casas de la bahía.

Esta descripción coincide con una marea roja y la descomposición masiva de la comunidad planctónica responsable del apestoso sulfuro de hidrógeno que oscurece la pintura y objetos como anclas, cadenas, utensilios de latón, etc. Se trata del mismo fenómeno conocido como «El pintor del Callao» en otra zona de afloramiento, la del Perú.

Pero Morrell no menciona nada de esto en su relato. En su caso, la muerte y extinción de las colonias de lobos marinos pudo suceder por una intoxicación alimentaria que Tim Wyatt sugirió debida a una proliferación de fitoplancton tóxico -o por hambruna después de una mortalidad masiva de peces-.

Benjamin Morrell (1795-1839). Grabado de Gimber & Dick. Fuente: Wikimedia commons.

Ambas hipótesis tienen varios problemas como él mismo reconoce. Para que la mortandad de peces tuviese un efecto tan devastador haría falta una catástrofe (nunca vista) a lo largo del área que suelen abarcar en sus desplazamientos los lobos marinos (hasta 160 km).

El avistamiento por Morrell de colonias vivas de lobos marinos entre isla Posesión y Angra Pequena descartaría aparentemente este supuesto.

Sin embargo, sí puede ser un factor de mortalidad masiva. En 1994 se calcula que 100.000 ejemplares de lobos marinos de esta misma especie (A. pusillus) perecieron debido a la intrusión de masas de aguas anóxicas en la plataforma costera y la escasez de pescado posterior.

La hipótesis de una intoxicación alimentaria por biotoxinas marinas sí explicaría las muertes en colonias aisladas de lobos marinos, dada la distribución espacial de las proliferaciones de fitoplancton, que suelen concentrarse en manchas circunscritas a regiones concretas (bahías, estuarios, zonas de convergencia o estabilidad).

No obstante, un panorama tan desolador como el que describe Morrell es inaudito para una intoxicación asociada al fitoplancton ¿medio millón de lobos marinos? ¿con daños similares en islas cercanas? duro de creer.

Los cálculos de medio millón de cadáveres en isla Posesión puede que fuesen exagerados -aunque no imposibles dada la superficie de la isla y la afirmación de Morrell de que la cubrían en su totalidad-. Lo que resulta difícil de imaginar es que murieran por esta única causa y más aún en dos localizaciones distintas.

Para situarles en contexto pondré algunos ejemplos de las escalas de daños sobre mamíferos marinos asociadas al fitoplancton tóxico.

Cadáver de beluga con síntomas externos de los daños por toxinas paralizantes, producidas por dinoflagelados del género Alexandrium, en Canadá. Fuente: Starr y col. (2017).

En agosto de 2008 un bloom de dinoflagelados tóxicos del género Alexandrium en el este de Canadá (Golfo de San Lorenzo) provocó una mortalidad masiva de peces, aves y mamíferos, incluyendo 10 belugas y 85 focas, por toxinas paralizantes (Starr y col. 2017).

En 1998, el Marine Mammal Center registró el varamiento de 400 leones marinos en California afectados por toxinas amnésicas debidas al consumo de peces contaminados por proliferaciones de diatomeas tóxicas (Pseudo-nitzschia australis). Perecieron en su práctica totalidad.

En 2015 en Chile, se registró la muerte de 343 ballenas sei, relacionada a posteriori también con toxinas paralizantes de dinoflagelados. Y en 2018, se calcula que 191 manatíes y centenares de delfines perecieron debido a la proliferación del dinoflagelado tóxico Karenia brevis en el Golfo de Florida (The Guardian, 19-XI-2018 y The Florida Red Tide).

Así pues, las mortalidades por biotoxinas en mamíferos marinos suelen afectar a una escala cuantitativa menor –aunque no podemos saber con certeza los ejemplares que perecen en el mar-.

Prorocentrum micans. Autor: Emilio Soler.

Volviendo al suroeste de África, la mayoría de proliferaciones y mareas rojas suelen deberse a dinoflagelados no tóxicos (p.ej. Tripos furca, Prorocentrum micans) y al ciliado fotosintético Mesodinium rubrum, entre otros.

Aún así, dichas proliferaciones pueden ser muy dañinas para la fauna marina (invertebrados y peces), por la hipoxia que llegan a ocasionar en la columna de agua.

Los blooms de dinoflagelados tóxicos (Gonyaulax, Karenia, Alexandrium, etc) también han sido responsables en dicha región de mortalidades masivas de peces, invertebrados (p.ej. orejas de mar), ballenas, aves marinas, así como varios registros en babuinos (sí, babuinos alimentándose de marisco contaminado!!), además de humanos en múltiples ocasiones desde el s.XIX hasta nuestros días (Pitcher y col. 2000).

Pero nunca se han observado mortalidades masivas de lobos marinos en la región que visitó Morrell. De ser cierto, su relato constituye un hecho histórico y singular. La posibilidad que apunta Tim Wyatt es que se hubiesen alimentado de peces e invertebrados contaminados por biotoxinas marinas paralizantes y que sus efectos neurotóxicos se manifestasen horas después, ocasionándoles la muerte no en el mar sino de regreso a la isla. Es posible, aunque pudieron ser varios factores los que condujeron a aquella catástrofe.

Además de las biotoxinas marinas y la escasez de alimento, existen otras causas de mortalidades masivas en pinnípedos como las infecciones víricas.

Phoca vitulina. Autor: Marcel Burkhard. Fuente: Wikimedia commons.

En el hemisferio norte se han registrado varias epidemias de morbillivirus entre focas comunes (Phoca vitulina), como la que mató a 17.000 ejemplares en el mar del Norte y Báltico en 1988, y en años posteriores con menor virulencia.

Se cree que dichos virus se transmitieron desde perros domésticos o carnívoros terrestres. Nunca se ha manifestado un fenómeno similar en lobos marinos africanos, pero el riesgo existe.

Terminaré con una nota feliz. En época de Morrell, y a lo largo de todo el s.XIX, los lobos marinos africanos sufrieron una persecución feroz por el comercio de sus pieles, diezmando sus poblaciones hasta llevarlas prácticamente a la extinción. Pero en 1893 se promulgó una ley para protegerlas y evitar el desastre.

Sus poblaciones se recuperaron a lo largo del s.XX, permaneciendo estables desde los años 90′. Hoy en día su caza está prohibida en Sudáfrica, no así en Namibia.

Arctocephalus pusillus pusillus. Autor: F. Lampen. Fuente: The red list of mammals of South Africa, Lesotho and Swaziland.

En la actualidad su número aproximado es de 1,7 millones de individuos, y sus colonias se han extendido hacia el norte de Namibia y Angola.

Agradecimientos: A Tim Wyatt por darme a conocer esta historia a través de su artículo y por haber asistido a aquella charla en Gondomar.

Referencias:

  • Gerber L. & Hilborn R. Catastrophic events and recovery from low densities in marine otariids: implications for risk of extinction. Mammal Rev. 31:131-150 (2001).
  • Gilchrist J.D.F. An enquiry into fluctuations in fish supply on the South African coast. Mar. Biol. Rep., Cape Tn, No. 2:8-35 (1914).
  • Kudela R. y col. Harmful algal blooms in upwelling ecosystems. Oceanography 18:184-197 (2005).
  • Morrel B. A narrative of four voyages (to the South Sea, North and South Pacific Ocean, Chinese Sea, Ethiopic and southern Atlantic Ocean, Indian and Antarctic Ocean) from the year 1822-1831. Harper, New York, 492 pp. Disponible en ULS Digital Collection.
  • Pitcher G.C. & Calder D. Harmful algal blooms of the southern Benguela Current: a review and appraisal of monitoring from 1989 to 1997. S. Afr. J. Mar. Sci. 22:255-271 (2000).
  • The Red List of Mammals of South Africa, Lesotho and Swaziland.
  • Starr M. y col. Multispecies mass mortality of marine fauna linked to a toxic dinoflagellate bloom. Plos One 12:e0176299. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176299
  • Wyatt T. Morrells’ seals. J. Cons. int. Explor. Mer. 39:1-6 (1980).

Pepitas de oro

Imagen de Portada: Coolia guanchica (microscopía electrónica de barrido. Autores: I. Pazos y F. Rodríguez)

Hoy en día disponemos de herramientas genéticas cada vez más potentes y sus aplicaciones en diversos campos dominan –cada vez más– los estudios de fitoplancton en poblaciones naturales y cultivos.

Con ellas podemos conseguir cantidades inmensas de información.

Craig Venter (1946-). La empresa Celera Genomics fundada por él y Perkin Elmer presentó en el año 2000, junto a los investigadores del proyecto Human Genome Project, el primer borrador del genoma humano.

Por cierto, la era de la secuenciación masiva comenzó anteayer: la inauguró en 2004 el biólogo (y millonario, , ambas son posibles) Craig Venter con su archifamoso trabajo en el Mar de los Sargazos.

Estos avances recientes han permitido examinar la biodiversidad del plancton a escala global con un nivel de detalle cada vez mayor.

Frente a esto la taxonomía tradicional parece anclada en el pasado. Basada en la observación e identificación morfológica al microscopio ha perdido atractivo siendo relegada a un segundo plano en las líneas de investigación actuales.

El mantra oficial es que los estudios morfológicos consumen mucho tiempo y necesitan personal formado en la identificación del plancton. Como si la genética no requiriese tiempo ni formación. Lo cierto es que la genética ha revolucionado el estudio del fitoplancton y proporciona mucha información pero no siempre todo el conocimiento necesario.

Un ejemplo es la descripción de nuevas especies, que requiere (como mínimo) de la caracterización genética y morfológica.

Ahí fuera hay miles de especies por descubrir (las estimaciones más conservadoras dan alrededor de 30.000), y al igual que en el medio terrestre quizás algunas de ellas desaparezcan antes de que nadie las registre para la ciencia.

Son tantas que la posibilidad de que usted encuentre una nueva especie de fitoplancton no es despreciable. No me atrevo a dar un porcentaje de éxito pero sería muy superior a que le toque la lotería (da igual, la que sea!).

Para encontrar a una de esas especies desconocidas basta una botella de -pongamos- 500 mL. Luego vaya hasta el mar y llénela. Si visita una playa o una zona rocosa no olvide mezclar en el agua un poco de arena, trozos de algas o raspar una roca. Así recogerá microalgas planctónicas y bentónicas.

Observando una muestra en el IEO de Vigo. Autora: M. Vázquez Glez (dime patata).

Es posible que tenga una especie nueva en la botella, pero llegar hasta ella y describirla es otra cosa. Además de suerte, tendrá que filtrar la muestra para eliminar a los microorganismos de mayor tamaño -el zooplancton- cuya sana costumbre es alimentarse del fitoplancton.

Una vez limpia la muestra hay que armarse de MUCHA paciencia en el microscopio, aislando células individuales o haciendo diluciones en serie (réplicas cada vez con menos células). Sin entrar en detalles, en ambos casos se añade medio de cultivo rico en nutrientes para que las algas estén cómodas y se recuperen del susto.

Las muestras diluidas contendrán en el mejor de los casos una sola especie o unas pocas (pero más fáciles de aislar individualmente).

Condiciones adecuadas de crecimiento. Este aspecto es fundamental. Además de un medio de cultivo adecuado, debemos tener en cuenta los rangos ambientales del lugar de aislamiento -temperatura, luz y salinidad-. Esas variables oscilan a lo largo del tiempo, sobre todo en latitudes medias y si queremos que nuestras microalgas prosperen tendrán que sentirse como en casa.

Aún haciéndolo todo bien sólo un número limitado de células agradecerá nuestras atenciones y crecerá en monocultivo en el laboratorio.

A esas pocas elegidas las imagino como los granos de arena sobre un tamiz que agitamos en el lecho de un río buscando pepitas de oro. Su aspecto nos resulta familiar, hay muchos, pero a pesar de todo no perdemos la esperanza de encontrar esa preciosa pepita de oro.

Playa de Las Cuevitas (Adeje). Fuente: Alamy.

Pues bien. Esto mismo sucedió en 2013 en la costa sur de la isla de Tenerife. A partir de muestras de agua (en zonas rocosas y playas de Adeje y San Andrés) colegas del IEO de Vigo y de la Universidad del País Vasco (estos impulsores y financiadores del muestreo) aislamos y cultivamos dinoflagelados bentónicos.

El objetivo principal era aislar dinoflagelados del género Coolia. Su nombre procede del apellido de un farmacéutico belga del que sólo sabemos la abreviatura de su nombre: Th. Cool.

Dicho caballero recogió muestras de agua en unas instalaciones ostreícolas en Nieuwpoort (Bélgica) en 1907-1908, y se las entregó a su amigo el naturalista Alphonse François Meunier (1857-1918).

Meunier descubrió gracias a las muestras de Monsieur Cool la primera especie de este nuevo género, Coolia monotis, aunque su descripción (y la dedicatoria a su amigo) se publicó a título póstumo en 1919.

Ilustraciones originales de Coolia monotis (Meunier, 1919).

Exactamente un siglo después publicamos (un grupo de investigadores de la Universidad de Lisboa, U. del País Vasco y del IEO de Vigo), una nueva especie de dicho género: Coolia guanchica (David y col. 2019), la octava descrita formalmente.

Imagen de microscopía electrónica de barrido de Coolia guanchica (CACTI, Universidad de Vigo). Autores: I. Pazos y F. Rodríguez

La propuesta original era Coolia variolica por el relieve marcado que presentaba la superficie de sus células -que recordaba a los estragos de la varicela-, pero al final no nos pareció concluyente y buscamos un epíteto alternativo.

La nueva especie se encontró en la isla de Tenerife y acordamos denominarla guanchica en recuerdo a «los guanches«, los habitantes de las islas Canarias a la llegada de los españoles allá por el siglo XV.

Aunque luego se ha utilizado «guanche» para llamar a todos los aborígenes de las islas, lo cierto es que el nombre sólo hacía referencia originalmente a los pobladores de Tenerife.

Sobre ellos la web de turismo de Tenerife explica que procedían de tribus bereberes en el norte de África. Habitaban generalmente en cuevas y vivían de la agricultura y la ganadería. Curiosamente no parece que dispusieran de conocimientos de navegación.

Estatuas de Los Menceyes en Candelaria (Tenerife). Fuente: Revista Binter.

Se enfrentaron a la invasión de los conquistadores de la corona de Castilla a lo largo del siglo XV y los supervivientes terminaron como esclavos en la Península Ibérica o asimilando el modo de vida de los conquistadores.

De su lengua apenas se han encontrado algunas inscripciones pero su legado está presente a lo largo y ancho de la geografía de Canarias. Por dar un ejemplo, la isla de Tenerife estaba dividida en nueve «reinos» o menceyatos y uno de ellos era el de Adeje, nombre de uno de los municipios donde se aisló Coolia guanchica.

El género Coolia no se ha relacionado nunca con una intoxicación en humanos o fauna marina (hasta donde yo sé). No obstante algunas especies se consideran potencialmente tóxicas aunque los ensayos de toxicidad que hicimos con C. guanchica empleando invertebrados (Artemia salina) dieron resultados negativos.

En nuestro caso la genética mostró claramente que estábamos ante una nueva especie, pero las evidencias morfológicas llevaron un poco más de tiempo.

Gracias sobre todo a mis colegas Helena David, Aitor Laza-Martínez y Santiago Fraga, fue posible caracterizar morfológicamente a esta nueva especie y completar así la información y el conocimiento necesarios para la descripción de Coolia guanchica.

Lo que quiero destacar, por si no resulta evidente, es que la importancia de conocer la morfología de los organismos sigue siendo esencial para el estudio del fitoplancton. A pesar de todas las maravillas de la genética ambas formas de conocimiento son parte de la solución y sin investigadores en ambos campos no podríamos haber publicado nuestra pepita de oro particular.

Referencias:

  • Boero F. The Study of Species in the Era of Biodiversity: A Tale of Stupidity. Diversity 2:115-126 (2010).
  • David H. y col. Coolia guanchica sp. nov. (Dinophyceae) a new epibenthic dinoflagellate from the Canary Islands (NE Atlantic Ocean). Eur. J. Phycol. https://doi.org/10.1080/09670262.2019.1651400 (2019).
  • Guiry M.D. How many species of algae are there? J. Phycol. 48:1057-1063 (2012).
  • Meunier A. Microplancton de la mer Flamande. 3me partie. Les Péridiniens. Mémoires du Musée Royal d’Histoire Naturelle de Belgique 8:1-111 (1919).
  • Venter J.C. y col. Environmental genome shotgun sequencing of the Sargasso Sea. Science Apr 2;304 (5667):66-74 (2004).

El alga que se convirtió en león

Imagen de portada: león hambriento atacando a un antílope [H.J. Félix Rousseau, 1905. Fuente: reprodart]

«Science in Action» se emite semanalmente desde 1979.

Aplaudo con las orejas el invento de los podcasts para escuchar radio cuando y como queremos. Entre los programas que más sigo hay varios de divulgación científica y la historia de hoy la descubrí en uno de ellos.

Hace unas semanas mientras fregaba la vajilla escuchando BBC Science in Action, en el episodio «The human danger-for sharks» sonaron palabras mágicas: predators & red algae. ¡Casi rompo un plato de la emoción!

Se trataba de una charla con Patrick Keeling (UBC, Canadá) sobre el último trabajo de su grupo en Nature: un microorganismo heterótrofo relacionado con las algas rojas llamado Rhodelphis (Gawryluck y col. 2019).

[el audio dura unos 7 minutos y está aquí (en el min. 18)].

Rhodelphis. Fuente: earth.com

En su trabajo describen dos especies: en un lago (Rhodelphis limneticus) y en un fondo marino arenoso (R. marinus).

¿Por qué atrajo Rhodelphis el interés de la BBC?

La respuesta está en compararle con una planta carnívora, algo que siempre despierta morbo y curiosidad; no suele faltar una mención a la ciencia ficción y a los monstruosos trífidos.

El título de la entrada lo tomé de una respuesta a esta cuestión del presentador: ¿por qué nadie lo había descubierto aún?

Leones del Serengeti. Autor: M. Nichols. Fuente: National Geographic.

Keeling contestó que si unos extraterrestres se interesaran en estudiar el Parque del Serengeti y muestreasen 1000 animales creerían que sólo hay cebras, gacelas y ñús.

No encontrarían ningún león ¡o quizás solo uno! y pensarían que es un bicho raro y poco importante.

Pues Rhodelphis es un predador unicelular que encajaría con esos leones –escaso pero no menos importante que los seres dominantes- Interesantísimo desde el punto de vista evolutivo por ser hermano genético de las algas rojas.

La cosa tiene mucha miga, verán…

Taxonómicamente Rhodelphis pertenece al Reino Plantae. En él están las algas primarias: rojas (Rhodophyta), verdes (Viridiplantae) y glaucofíceas (Glaucophyta, de agua dulce), y también, por supuesto, las plantas terrestres.

Dichas algas primarias comparten un ancestro común eucariota que capturó a una cianobacteria dando lugar al actual cloroplasto de vegetales terrestres y microalgas. A las algas primarias también se les conoce como Archaeplastida (plástidos antiguos).

Los demás grupos del fitoplancton han adquirido la fotosíntesis incorporando cloroplastos de otras microalgas, a través de diferentes episodios de endosimbiosis sobre los cuales todavía existe discusión. Los plástidos de dichos grupos (diatomeas, dinoflagelados, etc) no son primarios y pertenecen al Reino Chromista.

La prasinofícea Cymbomonas. Las flechas indican las bacterias de las que se alimenta en cultivo. Fuente: Fig. 1, Maruyama y col. (2013).

Las algas primarias son (en su inmensa mayoría) fotosintéticas y no capturan presas para completar su alimentación.

La única excepción conocida es Cymbomonas, un alga verde (prasinofícea) capaz de ingerir bacterias aunque su fuente de energía principal –y obligatoria para sobrevivir– es la fotosíntesis.

Rhodelphis es un caso diferente y único en el Reino Plantae. No realiza fotosíntesis y a pesar de estar emparentado con las algas rojas no se parece a ellas en casi nada.

Las algas rojas son adictas a la fotosíntesis: ni se mueven con flagelos, ni se alimentan de otros seres, a todos los efectos funcionan como plantas. Rhodelphis hace justo lo contrario, es un flagelado heterótrofo que se alimenta de bacterias y eucariotas (flagelados: Kinetoplastea).

Esquema de los resultados genómicos y transcriptómicos en Rhodelphis, incluyendo al plástido «invisible». Fuente: Fig. 3, Gawryluck y col. (2019).

¿Y qué hay del plástido de Rhodelphis?

No se han observado plástidos al microscopio electrónico ni tampoco parece que posean un genoma plastidal porque no da señales de vida: Gawryluck y col. (2019) no detectaron expresión de ARN compatible con genoma de cloroplastos de algas rojas o de cianobacterias.

Pero sería muuuy raro que no existiese y deben poseer un plástido relicto. Y así parece ser. Hay evidencias moleculares a favor de su existencia: preproteínas plastidales codificadas por el núcleo de Rhodelphis.

Las preproteínas plastidales salen «etiquetadas» desde el núcleo con la dirección del plástido, igual que un paquete de correos. La etiqueta es una secuencia de aminoácidos que permite su entrada al plástido tras ser reconocida por unas translocasas (complejos proteicos) con el divertido nombre de Tic/Toc. Luego, una vez en el interior, maduran a proteínas.

Todo esto de las etiquetas y el sistema Tic/Toc aparece en Rhodelphis así que debe poseer un plástido relicto.

¿Y por qué conservar un plástido si ya no es fotosintético?

El plástido era en su origen una célula compleja, toda una cianobacteria, y su endosimbiosis con el huésped eucariota supuso mucho más que la fotosíntesis. Hubo que hacer ajustes en el genoma del huésped para integrar al endosimbionte. Para entenderlo mejor se me ocurre un símil informático…

Imaginen que queremos instalar el programa Fotosíntesis 1.0 en un ordenador con un sistema operativo X (genoma huésped). Pero que sólo fuese posible con una memoria USB (cianobacteria) que instalase otro sistema operativo Y en paralelo (genoma cianobacteria). Vaya lío.

Lo más sencillo sería actualizar el sistema operativo a XY para que todo funcione bien, Fotosíntesis 1.0 incluida!!

Pues bien. Lo que han hecho las microalgas es actualizar su sistema operativo a XY pero sin prescindir de Y. Lo han reducido a la mínima expresión.

Rhodelphis sí que lo ha eliminado por completo y aún siendo raro no es el único ejemplo conocido. Existen algunos organismos con plástidos sin genoma: un alga verde no fotosintética (Polytomella) y un parásito de moluscos (Perkinsus).

Los plástidos están implicados en tareas esenciales para el metabolismo celular como p.ej. la síntesis de grupos hemo, imprescindibles en la estructura de moléculas relacionadas con procesos como la respiración y la fotosíntesis.

A lo largo de la evolución el plástido de Rhodelphis ha perdido la función fotosintética pero sigue siendo útil y coopera probablemente con las mitocondrias en varias rutas metabólicas.

Zoosporangios de Perkinsus olseni/atlanticus. Fuente: Villalba y col. (2004).

El descubrimiento de Rhodelphis es interesante también porque supone que el ancestro común que comparte con las algas rojas era aún mixotrófico.

Es decir, durante un tiempo evolutivamente largo (posterior a la divergencia de las glaucofitas (las algas primarias más antiguas) y luego de las algas verdes), el plástido endosimbionte coexistió con la capacidad del huésped para capturar presas, quizás porque aquel no era todavía una fuente fiable de energía...

Luego, aquel organismo fotosintético dio lugar a dos ramas evolutivas que llevaron a las algas rojas y a Rhodelphis, una antigua planta que hoy en día es un predador unicelular.

Y es que las líneas del libro de la vida no se difuminan nunca del todo y el ADN de Rhodelphis conserva la huella del alga que se convirtió en león.

Referencias:

  • Gawryluk R.M.R. y col. Non-photosynthetic predators are sister to red algae. Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1398-6 (2019).
  • Gould S.B. y col. Plastid Evolution. Annu. Rev. Plant Biol. 59:491–517 (2008).
  • Maruyama S. & Kim E. A Modern descendant of early green algal phagotrophs. Curr. Biol. 23:1081–1084 (2013).
  • Smith D.R. & Lee R.W. A plastid without a genome: evidence from the nonphotosynthetic green algal genus Polytomella. Plant Physiol. 164:1812-1819 (2014).
  • Villalba A. y col. Perkinsosis in molluscs: a review. Aquat. Living Resour. 17:411–432 (2004).

Marsupios y Noctilucas

Imagen de portada: lágrimas azules en las islas Matsu [autor: Lienchiang County Government. Fuente: TeN]

Gran Bretaña colonizó Australia, aunque el capitán James Cook no fue su descubridor sino el primero en alcanzar la costa sureste en 1770. Dos siglos antes franceses, portugueses, españoles y holandeses ya conocían las costas oeste y norte de la isla-continente. Incluso el holandés Abel Tasman alcanzó por primera vez Tasmania en 1642 bautizándola como Van Diemen’s Land ¿recuerdan la canción?

The Kongouro from New Holland (Kangaroo) (1772, George Stubbs). Fuente: National Maritime Museum, Greenwich.

Sin embargo, la primera pintura representando a un marsupial australiano, en concreto a un canguro, la realizó George Stubbs (1772) gracias a la expedición científica de Cook en el Pacífico a bordo del «HMB Endeavour» (1768-1771).

Suyo fue el mérito de presentar en sociedad a un animal «alienígena» para la cultura occidental, asociado desde entonces y para siempre jamás con Australia.

Y eso que en la obra de Stubbs falta un detalle esencial, el marsupio (del latín marsupium: bolsa): un pliegue que sirve de cámara incubadora y protección para las crías, donde culminan su desarrollo a base de leche materna.

En 1816 el zoólogo francés Georges Cuvier clasificó a todos los marsupiales en el orden Marsupialia y así se quedaron hasta 1997, cuando fueron ascendidos al nivel de infraclase y separados en dos órdenes según su origen geográfico: América (Ameridelphia) y Australasia (Australidelphia).

Todo esto de los marsupiales, clases y órdenes, viene muy al caso de las Noctilucas, verán

Esquema de las características externas de Marsupiomonas pelliculata. Fuente: Fig.1 de Jones y col. (1994).

Entre las algas verdes existe una clase, las pedinofíceas, y dentro de ellas el orden Marsupiomonadales, llamadas así por la presencia de una bolsita –en la que no contienen a sus crías– sino de la que surge su único flagelo.

La primera especie descrita fue Marsupiomonas pelliculata (Jones y col. 1994), una microalga de sólo 3 micras aislada en 1967 en el estuario del Tamar (Reino Unido).

En 2012 dejó de ser obligatorio incluir una descripción (diagnosis) en latín para las nuevas especies. Pero su vigencia en 1994 nos permite disfrutar de esta frase en la diagnosis de M. pelliculata: «[…] pars basalis ejus in marsupium flagellare profundum inmersa, limbo exteriore marsupii in labellum incrassato

NOTA: Hasta 1994 conocían a esta pequeña marsupial como «flageladito verde» y la usaban como alimento de la primnesiofícea Chrysochromulina brevifilum en experimentos en el Plymouth Marine Laboratory.

Algas verdes y Noctilucas. En el sureste asiático denominan «lágrimas azules» al espectáculo bioluminiscente de las proliferaciones de Noctiluca scintillans.

De ellas ya hemos hablado en otras ocasiones, pero siempre apetece volver a escribir de un organismo tan especial. Para empezar, allí son verdes y al lado de mi casa, en Vigo, naranjas!!

Les recuerdo que existen dos variedades de Noctilucas como si de frutas se tratasen: naranjas y verdes. Genéticamente no hay diferencias significativas y se consideran la misma especie (N. scintillans).

Pero mientras que las naranjas tienen distribución global en latitudes medias/tropicales y toleran rangos amplios de temperatura (10-25ºC), las verdes son propias del sureste asiático, principalmente del Índico y mar Arábigo, y prosperan en temperaturas altas (25-30ºC). No obstante, se han descrito también blooms de Noctilucas naranjas en el este de China, en aguas a 28-30ºC (Qi y col. 2019).

Distribución geográfica de Noctilucas naranjas y verdes. Fuente: Figs. 2&3 de Harrison y col. 2011).

Ambas son heterótrofas aunque sólo las Noctilucas verdes poseen «un invernadero interior» de algas endosimbiontes.

La relación parece ser específica y si desean más detalles les recomiendo leer «Nuevas historias de Noctilucas«. Pero léanlo después si les apetece, no se me dispersen ahora !!

La razón para citar hoy a las Noctilucas verdes es que existen novedades sobre sus algas endosimbiontes. Y ya les adelanto una cosita: habemus marsupio.

En la entrada de 2014 me refería a las endosimbiontes verdes de Noctiluca como Pedinomonas noctilucae (pedinofíceas; Sweeney, 1976), pero años después la biología molecular ha confirmado definitivamente que no estaban bien clasificadas.

Las pedinofíceas incluyen dos órdenes: Pedinomonadales y Marsupiomonadales. Las primeras se encuentran en agua dulce y suelo, mientras que las segundas son marinas. Pedinomonas noctilucae era la única Pedinomonadal de naturaleza marina.

A) Bloom de Noctilucas verdes en el mar Arábigo (febrero 2009). C) Detalle de N. scintillans con los endosimbiontes verdes. E) Protoeuglena noctilucae, la flecha señala a su «marsupio» !!. Fuente: Fig. 1 de Wang y col. (2016).

Las características morfológicas de P. noctilucae, con una bolsita en la que se inserta su flagelo, ya sugirieron a Jones y col. (1994) que podía estar mal clasificada y pertenecer al género Marsupiomonas.

Pero nadie alcanzó a resolver la cuestión con datos moleculares hasta Wang y col. (2016).

Estos autores examinaron secuencias genéticas del núcleo y cloroplastos en los endosimbiontes (de Noctilucas verdes del mar Arábigo) para demostrar que eran pedinofíceas, sí, pero del orden Marsupiomonadales. Y de un género nuevo.

El error -en términos taxonómicos- sería similar a clasificar una especie de canguro en el orden de los marsupiales americanos.

Dado que el primero en describir los endosimbiontes de Noctiluca (Subrahmanyan, 1954) las denominó Protoeuglena noctilucae, Wang y col. recuperaron en 2016 ese nombre para designar a estas microalgas que ofrecen su color –y ventajas competitivas– a las Noctilucas verdes.

Referencias:

  • Harrison P.J. y col. Geographical distribution of red and green Noctiluca scintillans. Chin J. Oceanol Limnol 29:807–831 (2011).
  • Jones H.L.J. y col. An ultrastructural study of Marsupiomonas pelliculata gen. et sp. nov., a new member of the Pedinophyceae. Eur J Phycol 29:171-181 (1994).
  • Qi L. y col. In search of red Noctiluca scintillans blooms in the East China Sea. Geophys Res Let 46. https://doi.org/10.1029/2019GL082667
  • Subrahmanyan R. A new member of the Euglenineae, Protoeuglena noctilucae gen. et sp. nov., occurring in Noctiluca miliaris Suriray, causing green discoloration of the sea off Calicut. Proc Ind Acad Sci, Sect B, Indian Academy of Sciences 39:118-127 (1954).
  • Sweeney B.M. Pedinomonas noctilucae (Prasinophyceae), the flagellate symbiotic in Noctiluca (dinophyceae) in Southeast Asia. J Phycol 12:460-46 (1976).
  • Wang L. y col. Phylogenetic analyses of three genes of Pedinomonas noctilucae, the green endosymbiont of the marine dinoflagellate Noctiluca scintillans, reveal its affiliation to the order Marsupiomonadales (Chlorophyta, Pedinophyceae) under the reinstated name Protoeuglena noctilucae. Protist 167:205–216 (2016).
  • Fuentes Web: «The earliest strange creatures: Europe’s first meetings with marsupials», por Jack Ashby (ucl.ac.uk)