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Armadas y peligrosas

No cualquiera se me acerca, yo lo sé
Dicen que hay que tener agallas pa’ comerme
Que hay tener el cuerpo para aguantarme

Mafiosa (Nathy Peluso, 2021)

La contaminación del aire, tanto por la actividad humana como causas naturales, es un riesgo para la salud. Siempre culpamos a las emisiones de vehículos o industrias pero también son dañinas las cenizas y gases lanzados a la atmósfera en una erupción volcánica, o las partículas en la calima del desierto.

El presidente del Colegio de Médicos de Las Palmas comentó lo siguiente sobre el riesgo de inhalar ceniza volcánica durante la reciente erupción del Cumbre Vieja:

«…es material inorgánico, son minerales. Son como piedrecitas microscópicas que tienen aristas, agujas. Son mucho más agresivas [que las cenizas de un incendio forestal]. Esas partículas finas pueden ser aspiradas profundamente hasta los pulmones y generar una afección respiratoria que puede llegar a ser grave tanto en pacientes con patologías crónicas como en personas sanas con exposiciones prolongadas.”

Pedro Cabrera [El Diario (22-IX-2021)]
Imagen (SEM) de las partículas de cenizas expulsadas el primer día de la erupción del Cumbre Vieja. Fuente: IGME-CSIC.

Pues bien. Una situación parecida puede ocurrir también en el mar, aunque en este caso la sufren los peces y por otra clase de «agujas» de origen biológico: las diatomeas.

Las proliferaciones de microalgas pueden ser nocivas aunque no produzcan toxinas. A priori nadie pensaría que una célula en el mar pueda suponer una amenaza o un riesgo físico para un pez, un ave o un mamífero. Pero todo es cuestión de dosis y en el caso de las especies tóxicas sabemos que sus toxinas pueden acumularse en la cadena trófica. Y a partir de cierto umbral envenenar a los organismos en los niveles superiores del ecosistema.

Las proliferaciones de fitoplancton pueden también ser dañinas por el consumo de oxígeno al descomponerse la materia orgánica en el declive de sus poblaciones. Pero existe otro supuesto del que no hemos hablado en este blog: las proliferaciones abrasivas.

Algunas microalgas pueden ser perjudiciales porque actúan como «lijas microscópicas». En concreto diversas especies de diatomeas pueden dañar tejidos como las agallas o branquias de peces e invertebrados.

Chaetoceros coarctatus. Fuente: Roberts y col. (2019).

Un ejemplo de diatomea abrasiva es Chaetoceros coarctatus. Este género de diatomeas es muy común y abundante en las costas de todo el planeta. Uno de los más diversos, con más de 400 especies. Los Chaetoceros poseen espinas huecas (setae) que permiten aumentar la superficie y flotabilidad. Y suelen formar cadenas que en conjunto parecen ciempiés microscópicos.

El problema de especies como Chaetoceros coarctatus es que tienen setae «armadas», con prolongaciones silíceas responsables de que sus proliferaciones sean abrasivas y un riesgo para la fauna marina.

Las espinas (o setae) pueden tener cloroplastos y en función de ello pertenecen a dos subgéneros: Hyalochaete («hialo» significa cristalino; espinas finas sin cloroplastos) y Phaeoceros (espinas gruesas con cloroplastos; «phaeo» es marrón oscuro, pigmentado).

Chaetoceros coarctatus es un Phaeoceros. Sus espinas, además de armadas, incluyen cloroplastos y aparte de «flotadores» sirven de antenas captadoras de luz para la fotosíntesis.

En un microscopio óptico no podemos distinguir en detalle la superficie de las espinas, para eso hace falta el electrónico. Y en un trabajo reciente las han descrito y relacionado estructura y función.

Para empezar la mayoría de espinas en C. coarctatus no tienen sección redonda sino que son hexagonales, con numerosos y profundos nanoagujeros. Su superficie es lisa en la base, justo donde emergen de la célula. Pero a medida que avanzan hacia la punta surgen prolongaciones que parecen puñales y que recuerdan al tallo espinoso de muchas plantas.

Detalles estructurales de las espinas (setae) intercalares, las más abundantes en Chaetoceros coarctatus. Fuente: Owari y col. (2022).

En el interior de las espinas los nanoagujeros se distribuyen ordenados en malla y favorecen la entrada de luz a las espinas. Esa distribución se desordena hacia la punta y en el exterior de las espinas porque hay poros que se van cerrando. La porosidad aumenta la resistencia protegiendo mecánicamente a las células. Pero aún hay más…

La forma y distribución de los nanoagujeros favorecen especialmente la penetración de luz azul (entre 400-500 nm) en el óptimo de longitudes de onda para la absorción de pigmentos fotosintéticos (clorofilas y carotenoides) de los cloroplastos que se apretujan dentro de las espinas.

La forma y resistencia de las células permiten que al meter una cadena de C. coarctatus en un canal estrecho con un fluido (como si entrase en una branquia), se alinee paralela al movimiento del fluido, orientándose en su interior.

Esto le permitiría salir, pero en el caso de aumentar la concentración celular sus largas espinas armadas terminan tarde o temprano por engancharse a los tejidos y dañarlos.

Esta diatomea es como un accidente en la carretera! no puedo dejar de mirarla. Aquí van más imágenes. Y luego el accidente...

Chaetoceros coarctatus. Fuente: Lee y Lee (2011).

En verano y otono de 2013 se produjo una ola de calor en el sur de Australia.

Coincidiendo con este episodio, los medios de comunicación se hicieron eco de la muerte de miles de peces a lo largo de 2900 kilómetros de costa. Se estima que aparecieron varados entre 100-2000 individuos por km. Echad cuentas…

Los peces ballesta (Thamnaconus degeni) fueron los más afectados por las mortalidades en 2013. Aquí aparecen arrojados a la orilla en Port Noarlunga (A) y nadando en abril 2013 en la costa de Adelaida (B).

También hubo muertes de delfines asociadas con un virus; y de orejas de mar -aunque estas se relacionaron con las altas temperaturas en el mar- (27-30 ºC).

Lo de los peces fue distinto…

La mayoría de ejemplares que llegaron al laboratorio estaban en mal estado y no se pudieron examinar como es debido.

Pero el análisis de 8 peces moribundos o recién finados señaló graves lesiones en sus agallas, con septicemia e hiperplasia en los tejidos.

En las muestras de agua no encontraron apenas especies tóxicas o nocivas de fitoplancton con la excepción de… Chaetoceros coarctatus.

Durante uno de los picos de mortalidad, registraron abundancias entre 200-2000 células/litro de C. coarctatus. No parecen muchas pero esta diatomea abrasiva puede ocasionar efectos subletales con apenas 400 células/litro.

Los daños en las branquias y el estrés que provocan pueden desembocar en infecciones bacterianas y síntomas como los que observaron en aquellos peces.

En resumen, Roberts y col. consideran que el estrés por la ola de calor, unido a la proliferación de Chaetoceros coarctatus, desembocaron en las lesiones e infecciones de las agallas y las mortalidades masivas.

Son pocos individuos para lo que allí sucedió, pero no siempre es viable conseguir muestras cuando uno más las necesita.

Como siempre en ciencia, otros episodios en el futuro servirán para confirmar, discutir o ampliar las conclusiones, aunque Chaetoceros coarctatus estará siempre bajo sospecha ¡eso seguro!

Referencias:

  • Lee S.D. y Lee J.H. Morphology and taxonomy of the planktonic diatom Chaetoceros species (Bacillariophyceae) with special intercalary setae in Korean coastal waters. Algae 26(2):153-165 (2011).
  • Owari Y. y col. Ultrastructure of setae of a planktonic diatom, Chaetoceros coarctatus. Sci. Rep. 12: 7568 (2022).
  • Roberts S.D. y col. Marine Heatwave, Harmful Algae Blooms and an Extensive Fish Kill Event During 2013 in South Australia. Front. Mar. Sci. 6:610 (2019).

El jardín del coral

Si nos preguntasen por Queensland en Australia casi nadie (excepto los concursantes de «Saber y ganar»), sabría que es un estado al noreste del país, que su capital es Brisbane y que allí tendríamos que ir (sigo ahorrando) para ver la gran barrera de arrecife…
Corales en la gran barrera de arrecife, cerca de Cairns (Queensland).

Autor: Toby Hudson, Wikimedia commons

 

Sección norte de la gran barrera.
Autor: astronauta desconocido, no es broma
NASA, Wikimedia commons

Sobre el tamaño de la gran barrera cabe decir que se extiende a lo largo de 2.600 km.
Pero lo que no cuenta la Wikipedia es que cubre un área similar a la de países europeos como Alemania,
ó en Sudamérica como la mitad de Chile.

Coral esférico, en la gran barrera de Australia.
Autor: Toby Hudson. Wikimedia Commons.

Estos días la gran barrera ha sido noticia en la prensa por el descenso en un 50% de la cobertura de coral entre 1985-2012 http://www.elmundo.es/elmundo/2012/10/01/natura/1349094624.html?cid=GNEW970103

La noticia procede del artículo de De’ath y col. (2012) en PNAS, donde describen las principales causas de la reducción del coral: el 90% son las tormentas y los predadores,
y en tercer lugar (10%), el «blanqueo» de los corales al perder sus Symbiodinium.Los pólipos de los corales son como un ejército de diminutas anémonas. Al igual que éstas, mantienen una relación simbionte con sus Symbiodinium, pero además segregan un exoesqueleto de carbonato cálcico (como las conchas de los moluscos), que en el transcurso de los años construye los arrecifes de coral…

Acanthaster planci, Tailandia. Autor: Jon Hanson
Wikimedia commons

Pero esta protección no es suficiente para defenderse de estrellas de mar como Acanthaster planci, también llamada «corona de espinas», que parecen ensañarse especialmente con las zonas de coral más perjudicadas por la actividad humana…

Y en cuanto al blanqueo del coral, se produce por la expulsión ó pérdida de Symbiodinium en situaciones de estrés, principalmente por temperaturas demasiado altas.
El coral puede sobrevivir durante un tiempo, pero si no recupera pronto sus zooxantelas termina por morir…El blanqueo repetido de los corales los debilita progresivamente, reduciendo su crecimiento y haciéndolos más vulnerables. Así que necesitamos estudiar a Symbiodinium para entender qué sucede ó sucederá en los arrecifes de coral en las próximas décadas en un océano afectado por el cambio climático.

El coral Favia pallida afectado por el blanqueo ó por
la corona de espinas….
Autor: Nick Hobgood , Wikimedia commons.

Hoy en día existen 8 especies de Symbiodinium formalmente descritas. En la fase vegetativa móvil es posible estudiar su morfología, pero para observar esas células necesitamos cultivar Symbiodinium en el laboratorio…y eso es muy difícil.

Gracias a los avances en biología molecular hay otra alternativa: secuenciar fragmentos de ADN para construir un «árbol evolutivo» donde las secuencias parecidas se agrupan en «ramas» del árbol.

Esas ramas ó tipos no tienen nombres científicos y se denominan con letras ó números. En el caso de Symbiodinium conocemos 9 tipos, con las letras «A»-«B»-«C»…así hasta la «I».

La única excepción, y posiblemente el primer caso en microalgas, es un trabajo que combina genética y ecología para describir dos nuevas especies de Symbiodinium «B» (LaJeunesse y col. 2012), sin más datos morfológicos que el tamaño de las «bolitas amarillas»…

Otros habitantes famosos
en los arrecifes de coral. Timor oriental.
Autor: Nick Hobgood, Wikimedia commons

A lo largo y ancho del mundo encontramos distintos grupos de Symbiodinium…en corales del Caribe por ejemplo dominan los Symbiodinium «A», «B» y «C»…en las anémonas de Nigrán (en la primera entrada de esta serie) posiblemente hay Symbiodinium «A» (nos fiamos de estudios en zonas cercanas, no lo vamos a comprobar en nuestro laboratorio, de momento !!).

En la gran barrera de Australia, y el Pacífico en general, domina el Symbiodinium «C».

Pero aunque domine un tipo de Symbiodinium, el coral puede albergar otros tipos minoritarios (crípticos), que aprovechan su oportunidad para convertirse en dominantes tras el blanqueo de su huésped.

Este parece ser el caso del Symbiodinium «D», especialmente adaptado a las altas temperaturas e intensidades de luz, y que en corales blanqueados de la gran barrera puede sustituir a los Symbiodinium «C». Pero esto, que parece ser una «luz de esperanza» para salvar corales en apuros no es tan bonito como parece.

La estatua de Gerald Durrell
(zoo de Jersey, Reino Unido)
el «culpable» de muchas vocaciones
en biología tras leer su trilogía de Corfú.
El Symbiodinium «D» es un oportunista que saca ventaja a sus competidores en condiciones difíciles pero no ofrece las mismas garantías de supervivencia a los corales.
En la gran barrera aquellos corales que sustituyen el Symbiodinium «C» por el «D» crecen mucho menos y esto a la larga podría disminuir la capacidad de regeneración del arrecife…

Habrá que ver el vaso medio lleno, porque proteger la gran barrera reduciendo la contaminación y controlando las estrellas de mar depende de nosotros…

Fin de la trilogía del coral

Referencias:
-Bythell JC y col. Algal genotype and photoacclimatory responses of the symbiotic alga Symbiodinium in natural populations of the sea anemone Anemonia viridis. Proc. Royal Soc. B 264: 1277-1282 (1997).
-De’ath G. y col.  The 27-year decline of coral cover on the great barrier reef and its causes. PlosOne (early edition).
-LaJeunesse T.C. y col. A genetics-based description of Symbiodinium minutum sp. nov. and S. psygmophilum sp. nov. (Dinophyceae), two dinoflagellates symbiotic with Cnidaria. J. Phycol. (in press).
-Stat M, Gates RD. Clade D Symbiodinium in scleractinian corals: a «nugget» of hope, a selfish opportunist, an ominous sign, or all of the above?. J. Mar. Biol. 211, 9 pp.

Los fósiles más antiguos del mundo

Si un viajero del tiempo retrocediera al pasado 3.500 millones de años, podría encontrarse con una imagen muy parecida a ésta de Shark Bay, en Australia…

Estromatolitos en Shark Bay (Australia).
Imágenes disponibles en lugaresquever.blogspot.com
y viajejet.com

Todos sabemos que la vida empezó en el mar, y los primeros seres que dejaron su rastro hasta nuestros días fueron microalgas, que con su actividad biológica transformaron la atmósfera del planeta.

En concreto se trataba de cianobacterias, y gracias a la fotosíntesis de aquellas «pioneras», el oxígeno aumentó desde el 1% al 21% en los gases de la atmósfera, haciendo posible la evolución de la vida tal y como la conocemos.

Pues bien, ese montón de piedras que vemos en ambas imágenes son «estromatolitos» y consisten en precipitados de carbonato cálcico formados sobre filamentos y colonias de cianobacterias.

Las burbujas de oxígeno que éstas producen se pueden ver a simple vista, se liberan continuamente de los estromatolitos sumergidos, igual que en una bebida gaseosa…!!

…¿Y cómo se forman los estromatolitos? las cianobacterias consumen dióxido de carbono en la fotosíntesis y esto ocasiona la precipitación del carbonato cálcico del agua sobre el sedimento que ellas mismas acumulan, formando los estromatolitos. Éstos crecen en láminas igual que los anillos de un árbol y lo hacen también con un ritmo regular: en el caso de Shark Bay es de 0.3 mm al año…!

 

Situación geográfica de Shark Bay y Pilbara.
Fuente: GOOGLE MAPS

Los estromatolitos más antiguos de Shark Bay tienen «sólo» unos 3.000 años, y a simple vista no son nada espectaculares, ¡¡parecen coliflores!!

Tal como recuerda Bill Bryson en su divertido libro de viajes «En las Antípodas«, tras observarlos detenidamente junto a una pareja, oye como la mujer exclama a su marido:
¡¡¿…y cruzamos todo el continente para ver esto…?!!

Pero los restos más antiguos de estromatolitos se encuentran tierra adentro, a cientos de km. de Shark Bay, en Pilbara. Están datados en 3.500 millones de años y son los fósiles más antiguos del mundo, es decir, la primera prueba que tenemos de vida sobre la Tierra…!!

Cianobacterias aisladas de estromatolitos
en Shark Bay (Hamelin Pool).
Allen et al (2009)
En la época de los estromatolitos fósiles no existían formas de vida más complejas ni predadores, no había todavía células eucariotas. Las condiciones de aquel mundo primitivo eran ideales para el desarrollo sin límite de las cianobacterias.
En Shark Bay, concretamente en «Hamelin Pool» la laguna costera donde «crecen» los estromatolitos, la salinidad es dos veces la del mar. Esas condiciones tan difíciles impiden el desarrollo de comunidades de predadores. Por este motivo las cianobacterias y otras microalgas viven en un «paraíso» y los estromatolitos «crecen» sin problemas…
Corte transversal de un estromatolito
«fósil» de Australia.
Autor: William J. Schopf. Disponible en http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/cyanofr.html

Hasta los años 60′ se debatía sobre el origen geológico o biológico de los estromatolitos.
El gigantesco tamaño de Australia hizo posible que nadie los descubriese «vivos» en Shark Bay y publicara las pruebas de su origen biológico hasta 1961.

Sólo en ambientes muy especiales es posible ver los estromatolitos «vivos» y Shark Bay es uno de esos contados lugares del mundo, junto con Bahamas por ejemplo. Por ésta y muchas otras razones Shark Bay es Patrimonio Mundial por la UNESCO desde 1991…

Referencias:

-Allen MA, Goh F, Burns BP, Neilan BA. Bacterial, archaeal and eukaryotic diversity of smooth and pustular microbial mat communities in the hypersaline lagoon of Shark Bay. Geobiology 7: 82-96 (2009)
-Beraldi H. Estromatolitos. Artículo web publicado en http://www.geologia.unam.mx/igl/index.php?option=com_content&view=article&id=543:temas&Itemid=222
-Bryson B. En las antípodas (Down Under). Ed. RBA, 414 pp.
-Stromatolites of Shark Bay. http://www.sharkbayvisit.com/pages/the-stromatolites/