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Algas que brillan bajo el mar

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Autor: F. Rodríguez

El color de los seres vivos puede deberse a 3 motivos: bioluminiscencia, pigmentos y coloración estructural. Los dos primeros son más familiares y nos han dado muuuuucho juego en este blog !

Hoy hablaremos del «tercer color», basado en nanoestructuras fotónicas y no en la química. Se trata de múltiples capas con índices de refracción distintos que producen interferencias constructivas en la luz que se traducen en destellos y colores.

Como en un DVD…

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Colibri thalassinus. Autor: Mdf. Fuente: Wikimedia

Para referirnos al color estructural usamos el término iridiscencia, que describe los cambios en la intensidad y el color de un objeto según el ángulo de visión.

Muchas aves, como el colibrí, poseen iridiscencia en ciertas regiones de su cuerpo. También los insectos, como las mariposas o este refulgente escarabajo…

Las funciones de la iridiscencia en animales terrestres y plantas han sido estudiadas en detalle.

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Cetonia aurata. Autor: I. Chrumps. Fuente: Wikimedia commons

Suele servir para la comunicación (dicromatismo sexual, coordinación en el movimiento de grupos), incluyendo la disuasión y protección frente a los predadores (camuflaje, flashes de luz). Debido a su naturaleza direccional la iridiscencia suele estar ligada a comportamientos y posturas particulares.

Aparte de la comunicación, otras de sus funciones pueden ser la termoregulación, impermeabilidad y conferir solidez (como el nácar en las conchas de los moluscos). 

En el medio marino la iridiscencia está presente en crustáceos, artrópodos y moluscos como los cefalópodos, gracias a los iridóforos, que son un tipo de células pigmentarias (cromatóforos). 

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Centroscyllium fabricii (tollo negro) y su ojito brillante por el tapetum lucidum. Autora: Elena Guijarro. Fuente: Platuxa 3NO-Survey

En peces que habitan aguas profundas como el tollo negro (500-1000 m), existe una estructura iridiscente en los ojos que les sirve para mejorar la visión: el tapetum lucidum, con otro tipo de cromatóforos (leucóforos). Esta estructura la poseen también algunos mamíferos como nuestras lindas mascotas, perros y gatos. 

A nivel de organismos microscópicos, las frústulas silíceas de las diatomeas pueden ser iridiscentes.

También se ha descrito iridiscencia en bacterias e incluso existen virus iridiscentes (iridovirus) que afectan principalmente a invertebrados. Sobre la función que puede jugar la iridiscencia en estos casos apenas sí hay conjeturas…

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Colonias de Cellulophaga lytica. La aislaron de muestras en la superficie de una actinia (Actinia equina). Fuente: Kientz et al (2012)

Muy bien, pero hoy quería hablarles de macroalgas. Cuántas veces en un paseo por charcos de marea o buceando han descubierto algas que parecen brillar bajo el agua?

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Cystoseira tamariscifolia y Dictyota dichotoma, en Monteferro (Nigrán). Autor: F. Rodríguez

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Cystoseira tamariscifolia, en seco y bajo el agua (Cabo Silleiro). Autor: F. Rodríguez

Cuando quedan expuestas en bajamar su aspecto es casi vulgar pero bajo el agua se transforman y exhiben colores que capturan nuestra atención.

El fenómeno es bello, intrigante y fácil de observar en diferentes algas pardas y rojas desde el supralitoral al infralitoral.

Comparen las dos imágenes del alga parda Cystoseira tamariscifolia, en seco y bajo el agua. No parecen la misma, verdad? 

En el caso de Cystoseira, las responsables de su iridiscencia son unas estructuras llamadas «cuerpos iridiscentes».

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Células meristodérmicas (justo bajo la superficie) de C. tamariscifolia, al microcopio electrónico. N: núcleo, P: cloroplastos, D: dictiosomas, IB: cuerpos iridiscentes. Fuente: Pellegrini & Pellegrini (1982).

Estos cuerpos son equivalentes a vacuolas especializadas y poseen glóbulos de naturaleza principalmente proteica, aunque también con polisacáridos.

El aparato de Golgi interviene en su formación y están intercalados a su vez en una matriz de polisacáridos.

Otras algas pardas como Dictyota dichotoma también poseen cuerpos iridiscentes. Pueden ver a ambas en los siguientes vídeos grabados en el intermareal de Monteferro (Nigrán):

1) Dictyota y 2) Cystoseira

Y en este otro se aprecia el cambio de color de un trozo de Cystoseira sumergida y fuera del agua.

En algas rojas como Chondrus crispus la estrategia es otra.

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Chondrus crispus. Autor: M.D. Guiry. Fuente: Seaweed.ie

C. crispus posee en la cutícula múltiples capas o lamelas de naturaleza proteica intercaladas de polisacáridos, que son responsables de la iridiscencia azulada de este alga bajo el agua. Y no crean que es algo que se conoce desde hace mucho, lo publicaron Chandler y col. en 2015 en Nature (Scientific Reports).

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Corte de microscopía electrónica de barrido de la cutícula de Chondrus crispus. La barra horizontal representa 2 micras. Fuente: Chandler y col (2015)

Dicha estructura en lamelas es muy porosa y necesita estar hidratada para mantener su disposición e iridiscencia.

De ahí que al quedar Chondrus en seco pierda esta propiedad y sólo podamos ver su color rojizo «original».

La iridiscencia no es uniforme, y aumenta desde la base del talo a las partes superiores debido a que aumenta el número de lamelas y su estructura es más uniforme.

La reflectancia en las partes iridiscentes de C. crispus alcanza máximos en el UV y azul (320-430 nm).

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Reflectancia de Chondrus crispus (a) húmedo y (b) seco. La gráfica muestra la pérdida de reflectancia en UV-azul a medida que se seca el alga. Fuente: Doucet y col (2009)

La hipótesis de los autores de este trabajo es que la iridiscencia en C. crispus (y por extensión, quizás, en otras algas) podría jugar un papel en la fotoprotección precisamente por ese reflejo de longitudes de onda del UV y el azul.

No son pocas las especies que poseen iridiscencia…

Si nos fijamos dando un paseo por las charcas del intermareal descubriremos numerosos ejemplos de algas, a veces diminutas, que pasarían inadvertidas para un observador distraído.

Algas iridiscentes, pequeñitas y escondidas como la de este vídeo

(Si alguien de ustedes sabe cuál es le agradecería que comente su nombre y lo añadiré a esta entrada, junto al autor de la identificación). Respuesta: Chondria coerulescens (por Ignacio Bárbara, Universidade de A Coruña).

 

Para terminar les mostraré a Chylocladia verticillata.

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Chylocladia verticillata en Sorrizo (Arteixo, A Coruña). Autor: I. Bárbara

Estaba caminando entre charcas en Monteferro, buscando Cystoseira, cuando descubrí lo que parecían «árbolitos de Navidad» submarinos.

Se diría que estaban conectados a un enchufe en cada charca, con las luces encendidas. 

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Chylocladia verticillata (Illas Cíes). Autor: I. Bárbara

No sabía que especie era así que consulté a Ignacio Bárbara (Universidade de A Coruña), quien además de confirmarme su nombre me envió unas imágenes preciosas que comparto con ustedes (mucho mejores que las que mías), además de este vídeo en Monteferro (que no hace justicia a su color brillante).

Chylocladia es una rodofícea que posee cuerpos iridiscentes en la parte distal de algunas células externas del talo, dispuestos en filas regulares y paralelas entre sí. Suele crecer epífita, aunque también se encuentra sobre rocas.

Simplemente hermosa.

Agradecimientos: a I. Bárbara por la identificación de Chyllocladia, las imágenes y toda la información.

Referencias:

-Bárbara I. ALGAS BENTÓNICAS MARINAS Y SALOBRES DE GALICIA: INTRODUCCIÓN. Facultad de Ciencias, Universidade de A Coruña, 428 pp (2009) y PARTE II (GUIA FOTOGRÁFICA), 492 pp (2014).
-Chandler CJ & col. Structural colour in Chondrus crispus. Scientific Reports  5:11645. DOi: 10.1038/srep11645 (2015)
-Doucet SM & Meadows MG. Iridescence: a functional perspective. J. R. Soc. Interface 6: S115–S132 (2009)
-Kientz B & col. Iridescence of a Marine Bacterium and Classification of Prokaryotic Structural Colors. Appl. Env. Microbiol. 78:2092-99 (2012)
-Pellegrini L & Pellegrini M. Iridescent bodies of Cystoseira stricta Sauvageau (Phaeophyta, Fucales): their fine structure, development and nature in vegetative cells. Phycologia 21:34-46 (1982).

 

Siberia y las algas rojas

El supercontinente Pangea y el mar interior de Tethys.
En el círculo rojo estaban los «traps» de Siberia.
Autor: Ron Blakey. Fuente: http://www2.nau.edu/rcb7/index.html

La catástrofe natural más famosa exterminó a los dinosaurios hace 65 millones de años (m.a.), pero no fue la peor…

La extinción del Pérmico-Triásico hace 250 m.a. no admite comparación: +90% de especies marinas y el 70% de las terrestres se esfumaron para siempre jamás…!!

Y no hizo falta ningún meteorito, 
el «asesino» llegó de Siberia…

Los «traps» o escaleras siberianas son una región 400 veces mayor que el parque nacional del Gran Cañón en EEUU. Su naturaleza es basáltica y se formaron al final del Pérmico…

Una región de los «traps» desde el satélite MODIS (NASA) y otra imagen cerca del lago Lama.
Cubren una superficie similar a la de México…
Autores: Jeff Schmalz y NA Krivolutskaya. Fuentes: webs EarthObservatory (NASA) y http://phys.org

El basalto se abrió paso en la superficie gracias a una pluma caliente del manto y las erupciones masivas afloraron gases (p.ej. sulfuros, CO2) que envenenaron la atmósfera y océanos del planeta.
El parque de Yellowstone está sobre una zona parecida aunque poco activa…!!

Grand Prismatic, la fuente de aguas termales más famosa del parque nacional de Yellowstone.
Fuente: http:// www.yellowstonenationalpark.com

La teoría «siberiana» encaja con numerosos estudios en la última década, como el de Song y col. (2013) en Nature, que habla de 2 extinciones separadas por 200.000 años:

–La primera se produjo por un «invierno volcánico» y la acidificación del océano–
–La segunda por un calentamiento global y la falta de oxígeno–

Y es que a finales del Pérmico el dióxido de carbono llegó a 2.000 ppm (actualmente son casi 400) y los modelos climáticos plantean que el oxígeno atmosférico estaba en caída libre: a nivel del mar era el mismo que hoy a 2.000 metros de altitud…!!

En aquel «sin Dios» climático se extinguieron organismos como los trilobites y los arrecifes desaparecieron del registro fósil durante varios millones de años…al igual que las algas calcáreas.
La acidez y la anoxia del mar tuvieron la culpa.

Ilustración de un trilobite.Autor: John Sibbick.
Fuente: Scientific Illustration http://scientificillustration.tumblr.com/

La anoxia en los océanos fue prolongada y retrasó la recuperación de los ecosistemas marinos. ¿La razón?
Paradójicamente, la elevada producción primaria de los procariotas pudo frenar la recuperación del oxígeno en el mar. Se cree que fueron bacterias verdes del azufre, que realizan fotosíntesis anoxigénica, las que proliferaron en un mar euxinico (rico en sulfuros…).

La extinción masiva la sufrió el plancton eucariota, «más delicado» que las bacterias.

Hasta entonces en el fitoplancton dominaban las algas verdes, como demuestra la abundancia de Tasmanites, microfósiles pertenecientes a prasinofíceas.

Quistes de microfósiles Tasmanites.
Autor: James St. John.
Fuente: Ohio State University
http://www.newark.osu.edu/facultystaff/personal/jstjohn/Documents/Home-page.htm

En los océanos primitivos las algas verdes eran las protagonistas y las mejor adaptadas a la química del mar. Pero su valor nutritivo era inferior a las algas de la estirpe roja, menos abundantes.

Esta «dieta verde» frenó, según Martin & Quigg (2012), una mayor evolución y diversidad en los animales marinos.

La catástrofe del Pérmico, cumpliendo el refrán de no hay mal que por bien no venga, alteró la biogeoquímica del planeta y repartió «cartas nuevas» para todos, incluido el fitoplancton.

Las células de las algas verdes y rojas poseen distinta composición de elementos traza (Fe, Cu, Mn…), esenciales para su crecimiento y disueltos en el agua en concentraciones muy pequeñas. Tras la gran extinción, los cambios químicos en el mar y un mayor aporte de nutrientes del medio terrestre favorecieron el crecimiento de las algas rojas.

Empezaba el Mesozoico (la era de los dinosaurios) y los océanos se volvieron más «rojos»…

Las diatomeas (como esta Licmophora de la Ría de Vigo)
surgieron hace menos de 200 millones de años…

Se desarrollaron los dinoflagelados y cocolitofóridos, y aparecieron nuevos grupos como las diatomeas.

En el medio terrestre no ocurrió esta transición: las plantas superiores se originaron antes a partir de algas verdes (probablemente de agua dulce), y las rojas no pasaron de la costa.

Según Martin & Quigg, el aumento de las algas rojas (y del valor nutritivo del plancton) permitió una explosión sin precedentes en la diversidad de los peces, moluscos, crustáceos, arrecifes…

Así que el cambio del «verde al rojo» en el océano fue un estímulo clave para la evolución de la vida marina si hacemos caso a esta teoría tan interesante !!

Y siguiendo con la lucha de verdes y rojas…

Muchos grupos del fitoplancton poseen cloroplastos «robados» de aquellas algas antiguas…

Podían elegir verdes ó rojos pero la mayoría (como en Matrix) se quedó con la «pastilla roja».

¿Por qué? …lo veremos en una próxima entrada



Agradecimientos:
-A Jose Luis Garrido por comentarme el artículo de Martin y Quigg en Investigación y Ciencia en el que se basa esta entrada.

Referencias:
-Huey RB & Ward PD. Hypoxia, global warming and terrestrial late Permian extinctions. Science 308:398-401 (2005).
-Martin R & Quigg A. Evolving phytoplankton stochiometry fueled diversification of the marine biosphere. Geosciences 2: 130-146 (2012).
-Martin R & Quigg A. El fitoplancton de los mares primigenios. Investigación y Ciencia 442:16-21 (2013).
-Payne JL & Clapham ME. End-Permian mass extinction in the oceans: an ancient analog for the twenty-first century? Annu. Rev. Earth Planet Sci. 40:89-111 (2012).
-Song H y col. Two pulses of extinction during the Permian-Triassic crisis. Nature Geoscience 6:52-56 (2013).

 

 

Qué son esos pompones en el mar?

 

Puerto de Sta. María de Oia (Pontevedra). Autor: F. Rodríguez
Esta vez toca hablar de macroalgas, o sea, las algas «de toda la vida» que vemos en la playa y sobre las rocas.

El 30 de marzo en el puerto de Sta. María de Oia (45 km al sur de Vigo) había muchísimas «bolas rojas» flotando en el mar. No es raro ver en cualquier playa estos «pompones» que parecen de algodón…¡¡¡pero tantos juntos era espectacular!!!

Tenían el tamaño de la yema de un dedo y cubrían una gran extensión en la parte sur del puertito. ¿Y qué eran? pues una especie de alga roja llamada Asparagopsis armata, una «especie invasora» originaria del Hemisferio Sur (Australia, N. Zelanda, Chile) y cuyas primeras citas en Galicia datan de los años 30′.

El puerto de Oia está en una zona de costa rocosa (unos 30 km) desde Cabo Silleiro a la desembocadura del río Miño en A Guarda, justo el tipo de sustrato que necesita Asparagopsis armata para poder fijarse.

Los «pompones» son una fase del ciclo de vida en este alga roja, el tetrasporofito, tan diferente que hasta los años 40′ se pensaba que era otra especie: Falkenbergia rufolanosa.

Asparagopsis armata. Ilustración CXCII de WH Harvey
en Phycologia Australica (1855).
Disponible en http://www.phycology.ugent.be/harvey/

Asparagopsis es la fase de «gametofito» y se reproduce sexualmente para dar lugar a los «pompones» (fase Falkenbergia), que se dispersan flotando y liberan esporas microscópicas, futuras Asparagopsis.

En inglés también se le conoce como «Harpoon weed», por la forma de pequeños arpones que tienen  algunas ramas, y que podemos ver en el dibujo de la izquierda, de W.H. Harvey quien describió esta especie en Australia en 1855.

Imágenes del gametofito de Asparagopsis 

rodeado de los «pompones» de la fase Falkenbergia

Asparagopsis tiene sexos separados, los gametofitos pueden ser machos (con ramas espermatangiales) ó hembras (con cistocarpos, la «bola» gorda en la ilustración de WH Harvey).
Los cistocarpos fecundados liberan esporas (carposporas) que dan lugar a la fase Falkenbergia, o sea, los pompones. El ejemplar que recogí era un «chico», porque tenía ramas espermatangiales. WH Harvey también las incluyó en su ilustración y están señaladas con una flecha en la imagen siguiente.
Imágenes microscópicas de Asparagopsis armata. Autor: F. Rodríguez
La flecha amarilla señala una rama espermatangial, productora de gametos masculinos.
Asparagopsis armata tiene aplicaciones sanitarias y cosméticas, ya que de ella se extraen sustancias bactericidas, fungicidas y para cuidados de la piel. Estas sustancias son defensas químicas que favorecen su proliferación y la protegen de depredadores habituales de algas, como los erizos de mar, que evitan a Asparagopsis !! …
Imágenes de los «pompones» (la fase Falkenbergia) de Asparagopsis armata.
En la imagen derecha inferior aparecen diatomeas epífitas (Licmophora) sobre una rama de Falkenbergia. Autor: F. Rodríguez

El problema con las especies invasoras como Asparagopsis es que colonizan un nuevo ecosistema y pueden crecer a sus anchas sin depredadores que las controlen…y en Galicia entonces no hay nadie que se las coma…???

Aplysia parvula. Autor: Jacobo Alonso.
Imagen disponible en
http://fotosub-jacoboalonso.blogspot.com.es/

Pues para desgracia de Asparagopsis, en el año 2010 se citó por primera vez en las rías gallegas la especie de babosa de mar Aplysia parvula, un diminuto y «simpático» molusco herbívoro, especializado en zamparse Asparagopsis….Así que ya tiene a su enemiga en nuestras costas y sólo queda desearle…»bon appétit«…!!

Referencias:

-Vergés A, Paul NA, Steinberg PD. Sex and life-history stage alter herbivore responses to a chemically defended red alga.
Ecology 89:1334-1343 (2008).
-Díaz-Agras G, et al.  New records of Galician opisthobranch molluscs (NW Iberian Peninsula).
III International Workshop on opistobranchs, Vigo (2010).
-Bárbara I. Recoñecemento de especies invasoras en Galicia e introducción á súa problemática.
Disponible en http://www.slideshare.net/ignacio1barbara/algas-marinas-invasorasgalicia