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Allí arriba, en las montañas

Imagen de portada: Serra do Galiñeiro. Autor: F. Rodríguez.

Escucho abrirse una grieta nueva desde el interior,
Y de ella sale la madera que nos dio calor,
Te protejo como las montañas…

Las montañas (Delaporte, 2020)

Hoy subiremos a las montañas para hablar de algas de la nieve y su séquito microbiano. La inspiración me vino de un paseo por el monte…

A Senda do Moucho. En facebook: @asendadomoucho

En concreto por las cumbres de los montes de Gondomar, al sur de Vigo, en una actividad medioambiental de A Senda do Moucho con Gerardo Fernández Carrera.

Durante el camino Gerardo nos descubrió varios hongos pero el que más me llamó la atención fue Pisolithus arhizus.

Y no por bonito (parece una boñiga) ni comestible...

Lo que me interesó fue aprender que Pisolithus micorriza en las raíces de los eucaliptos estableciendo una relación mutualista (beneficiosa para ambos).

El eucalipto mejora así su acceso a nutrientes y agua porque las hifas de Pisolithus una red (micelio) con mayor capacidad para explorar el suelo.

Y no sólo eso: las micorrizas también facilitan la comunicación mediante señales químicas entre los árboles.

Toma ya.

Actúan como verdaderas extensiones de las raíces, interconectadas con ellas y con filamentos más finos para llegar donde el árbol no puede.

Pisolithus arrhizus. En inglés tiene un apodo muy visual: «horse dung fungus«. Imagen superior: Olga Vieira Parada. Inferior: F. Rodríguez.

Ello supone cuidar el crecimiento y la salud de las árbolesy en el caso de los eucaliptos aumentar el rendimiento económico de las plantaciones.

A cambio los hongos obtienen compuestos fabricados por las plantas gracias a la fotosíntesis (p.ej. azúcares, vitaminas), además de disfrutar de un microhábitat idóneo.

La condición micorrícica no es una excepción sino la regla general en las comunidades vegetales.

Pero además de hongos en la rizosfera (la región del suelo donde se encuentran las raíces) también hay bacterias beneficiosas para las plantas, que estimulan su crecimiento facilitándoles nutrientes y hormonas, además de protegerlas de patógenos produciendo antibióticos.

Editorial Guadalmazán (2020). Autora: Rosa Porcel (@bioamara).

Todo esto lo explica con pasión y detalle Rosa Porcel (autora del blog La Ciencia de Amara) en su fascinante «Eso no estaba en mi libro de botánica«.

Pues bien. En el paisaje nevado de alta montaña podrían existir relaciones mutualistas similares (sólo que allí no hay árboles).

Si cogemos un puñado de nieve con un poco de suerte encontraremos microalgas, bacterias y hongos.

El fitoplancton en ambientes alpinos está adaptado a condiciones extremas, tanto por la temperatura y luz reinantes como por la escasez de nutrientes.

Las algas de la nieve y del hielo, de las cuales hemos tratado en otras ocasiones [1, 2], habitan tanto en altitud como en regiones polares.

Los ecosistemas biológicos necesitan una fuente de energía y que esta se transfiera de los productores primarios al resto de los seres vivos.

Luego, las relaciones que se establecen entre ellos fortalecen ciertos vínculos y condicionan el desarrollo de unas u otras comunidades, excluyendo a otras especies que compitan por los mismos recursos.

Tanto en un bosque como en un campo de nieve los organismos clave son fotosintéticos: vegetales y algas capturan la fuente de energía –en este caso luz solar– para sintetizar materia orgánica.

Lo demás son advenedizos o alianzas con bacterias y hongos. Pero quien manda, manda y en la nieve las microalgas son las jefas.

Proliferación de Chlamydomonas nivalis (clorofícea), una de las especies de microalgas habituales en zonas de alta montaña y polares. Se dice que posee aroma dulce a sandía (de ahí lo de watermelon snow). Fuente: thoughtco.com

Estudiando las manchas que crean las microalgas en distintos campos de nieve en los Alpes, Lisa Krug y col. (2020) observaron que las especies se excluían entre sí. Y junto a la microalga dominante solían aparecer bacterias específicas.

Así, en las manchas rojas dominaba Chlamydomonas (asociada con géneros de bacterias como Aquaspirillum y Rhizobium); en las verdes Chloromonas (con Hymenobacter y Ferruginibacter); y en las naranjas crisofíceas (con Clostridium y Pedobacter), entre otras muchas más…

Esas bacterias, adaptadas a ambientes extremos (psicrofílicas: capaces de vivir a <5ºC), degradan rápidamente la materia orgánica poniéndosela en bandeja a las microalgas y otros seres vivos.

Aquaspirillum serpens. Imagen coloreada (MEB). Fuente: sciencephoto

Es más. Muchas de ellas producen compuestos beneficiosos para las microalgas como sideróforos y fitohormonas (p.ej. auxinas), implicados en la absorción del hierro y la regulación del crecimiento, respectively.

Igual que las bacterias en la rizosfera del bosque.

Los cultivos de algas de la nieve (Chloromonas typhlos) mezclados con esas bacterias se ha comprobado que aumentan su crecimiento lo cual sugiere una asociación beneficiosa (e incluso aplicaciones para mejorar el rendimiento de especies de interés comercial como Chlorella vulgaris).

La repetición de ciertas microalgas y bacterias (y el dominio entre estas de los phylum Bacteroidetes y Proteobacteria), en zonas de alta montaña y polares como la costa oeste de EEUU, Japón, el Ártico y la Antártida apunta a una estructura de comunidades conservada. Esto podría obedecer a la existencia de ciertas reglas como relaciones mutualistas específicas.

En el medio acuático no cabe duda de dichas asociaciones bacterias-microalgas, pero…¡siempre hay un pero!. Otros estudios sobre campos de nieve no han encontrado esas correspondencias entre bacterias y algas. Así que la cosa no está tan clara, ni mucho menos…

¿Y qué pasa con los hongos de la nieve?

Pues resulta que ellos también proliferan en manchas de algas y se ha observado que su composición puede cambiar según el color y la especie dominante.

En la nieve suelen abundar representantes del phylum Basidiomycota (p.ej. Rhodotorula, Leucosporidium, Lyophyllum y Mrakia).

Colonias de Rhodotorula marina. Fuente: jcm.riken.jp

Al igual que las bacterias no se puede descartar que los hongos establezcan asociaciones más o menos estrechas con las microalgas.

Pero apenas sabemos nada de su ecología y composición en ambientes alpinos

La mayoría se cree que son saprófitos (utilizan la materia orgánica en descomposición) o incluso parásitos (quítridos), aunque también se han encontrado ectomicorrizas (un tipo de micorrizas como las de Pisolithus con los eucaliptos).

En conclusión. No se conoce todavía con certeza la naturaleza de las interacciones entre algas de la nieve, bacterias y hongos.

Por analogía con otros ambientes cabe sospechar la existencia de relaciones mutualistas o de otro tipo que les permitan sobrevivir y apoyarse unos en otros para proliferar en condiciones extremas.

Como se suele decir en estos casos…¡more research is needed!

Referencias:

  • Brown S.P. y col. Fungi and algae co-occur in snow: an issue of shared habitat or algal facilitation of heterotrophs?. Arct. Antarct. Alp. Res. 47:729-749 (2015).
  • Guadarrama-Chávez P. y col. Hongos plantas, beneficios a diferentes escalas en micorrizas arbusculares. Ciencias 073:38-45 (2004).
  • Han X. y col. Phytohormones and Effects on Growth and Metabolites of Microalgae: A Review. Fermentation 4:25 (2018).
  • Krug L. y col. The microbiome of alpine snow algae shows a specific inter-kingdom connectivity and algae-bacteria interactions with supportive capacities. ISME J. 14:2197-2220 (2020).
  • Porcel R. Eso no estaba en mi libro de Botánica. pp. 379. Ed. Guadalmazán (2020).
  • Terashima M. y col. Microbial community analysis of colored snow from an alpine snowfield in northern Japan reveals the prevalence of betaproteobacteria with snow Algae. Front. Microbiol. 8:1481 (2017).
  • Yakimovich K.M. y col. Alpine Snow Algae Microbiome Diversity in the Coast Range of British Columbia. Front. Microbiol. 11:1721 (2020).

Nieve roja y osos verdes

La cumbre del mundo: el Everest (Sagarmata en nepalí).

Siempre pensamos en las algas que viven en el mar ó ríos y lagos, pero también podemos encontrar algas en ambientes como la nieve.

Las «algas de la nieve» existen en ambos hemisferios, en zonas polares y regiones alpinas a más de 2.500 m de altitud. Se han estudiado por ej. en los glaciares del Himalaya, Patagonia, Europa, Alaska, Canadá, Groenlandia, Rusia, la Antártida.

Aunque no se han encontrado fósiles, se cree que son descendientes de poblaciones de algas mucho mayores que estaban «a sus anchas» durante las glaciaciones.

Chlamydomonas nivalis.
Imagen coloreada
microscopía electrónica (TEM)

Se trata principalmente de Volvocales, algas verdes del género ChloromonasChlamydomonas, como Chlamydomonas nivalis…pero también hay cianobacterias y algas de otros tipos: xantofíceas, crisofíceas, diatomeas, criptofíceas e incluso dinoflagelados (Gymnodinium pascheri).

En la colección de cultivos de la Universidad de Texas (UTEX, EEUU) tienen un apartado especial para algas de la nieve: http://web.biosci.utexas.edu/utex/scSnow.aspx Su temperatura óptima de crecimiento suele estar en torno a 4-5ºC.

Chlamydomonas suele teñir la nieve de verde (por sus clorofilas) cuando forman células móviles de crecimiento rápido, más resistentes a la luz. Esas células nadan y se dividen en el agua intersticial entre los cristales de nieve. Pero cuando el crecimiento es menor y/ó fabrican esporas de resistencia, la nieve torna a rosada-rojiza…esto se debe a que acumulan pigmentos para protegerse de la luz, carotenoides como la astaxantina en Chlamydomonas, por ejemplo.

Chlamydomonas nivalis, en el campo de hielo Harding (Alaska).
Autor: Nozomu Takeuchi.
http://www-es.s.chiba-u.ac.jp/~takeuchi/redsnow.html

En inglés, este tipo de nieve se llama «watermelon snow», por su color rosado y porque su olor recuerda a las sandías maduras…!!

Y gracias a todos estos pigmentos las algas de la nieve se pueden detectar incluso desde satélite…

Las algas de la nieve pueden tener aplicaciones en biotecnología, como anticongelantes para conservar órganos para transplantes, etc. En un trabajo realizado en las Montañas Rocosas (EEUU) a más de 3000 m de altitud, y publicado en la revista PNAS (Williams y col. 2003), se llegó a la conclusión de que las manchas de Chlamydomonas nivalis pueden ser muy productivas en verano. Dado el área que llegan a cubrir en el planeta serían una ayuda más, pequeña pero no despreciable, para absorber dióxido de carbono de la atmósfera.

Un oso polar en el zoo de Bremerhaven (Alemania)

Y para terminar, llegamos a los osos polares, porque su color blanco-cremoso también puede cambiar en cautividad por culpa de las algas. Como le sucedió a Bonnie, un oso polar del zoo de San Diego (EEUU) cuya historia publicó en el año 1979 la revista Nature, bajo el título: «The greening of polar bears in zoos».

En dicho trabajo, los investigadores describían el color verde de tres osos polares en dicho zoo. Al principio creían que estaban manchados por nadar en estanques de agua dulce con algas verdes.

Oso verde en el zoo de Higashiyama (Japón).
The Huff Post
http://www.huffingtonpost.com/2008/09/07/polar-bears-turn-green-in_n_124662.html

Pero el examen microscópico de su pelo mostró algo más sorprendente: no estaban manchados sino que las algas vivían dentro del pelo…!! Los osos polares tienen el pelaje exterior grueso y transparente, parece blanco porque está hueco, como cañas de bambú…Y ahí dentro, calentitas y con luz es donde aprovechan las algas para crecer.

La historia terminó así: los cuidadores le dieron a Bonnie un buen chapuzón en agua salada para matar a las algas (de agua dulce), y su pelo recuperó el color original..!!

Referencias:

-Lewin RA, Robinson PT. The greening of polar bears in zoos. Nature 278:445-447 (1979).
-Snow Ecology: an interdisciplinary examination of snow-covered ecosystems. Jones HG, Cambridge University press (2001). 378 p.
-Williams WE y col. Surface gas-exchange processes in snow algae. PNAS 100:562-566 (2003).