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Microorganismos fantásticos y dónde encontrarlos

Imagen de portada: Kelpie [Autores: D. Power y S. Craig. The art of fantastic beasts: the crimes of Grindelwald]

Entre los virus y la ballena azul –el mayor ser vivo que haya existido jamás-, la vida adquiere infinitas formas para dejarnos boquiabiertos. ¿Y qué es la vida? podría decirse que una manera de concentrar la energía y reorganizar la materia para interaccionar con el medio y perpetuarse a través de nuevas formas similares.

Dirigido por Darren Aronofoski y presentado por Will Smith (National Geographic, 2018).

En los últimos años se han realizado documentales magníficos sobre los seres vivos por tierra, mar y aire como BBC Earth (2015, 2016), The Blue Planet (2001, 2017) o One Strange Rock (2018), pero sólo en contadas ocasiones mencionan –e ilustran con imágenes– al fitoplancton y su importancia en la biosfera.

En One Strange Rock, por ejemplo, hemos podido ver diatomeas!!

Su presencia en programas divulgativos escasea porque lo microscópico es invisible para nosotros y lo que no vemos es casi como si no existiese.

Como dice mi cuñado: ¿y eso de las algas, a quién le importa?

Las microalgas (y los microorganismos en general) nos resultan tan ajenos como las partículas elementales de la materia y el fluido electromagnético (por si a alguien le interesa: electrones, quarks, gluones y fotones).

Muchos microorganismos, entre ellos las microalgas, escapan al concepto clásico de animal o vegetal. Son esenciales para el desarrollo y el mantenimiento de la vida tal y como la conocemos, pero difícilmente podemos imaginar su día a día o empatizar con ellos a través de un documental. Lo que sí consiguen es fascinarnos con la exuberancia de sus diseños y adaptaciones para colonizar todo tipo de ambientes.

Pues bien, para ilustrar la diversidad de sus formas y modos de vida he escogido 4 ejemplos de microorganismos incluyendo algunas microalgas, especializados para sobrevivir en condiciones insoportables para los otros tres.

(1/4) Polarella glacialis

  • Tamaño: 10-15 micras.
  • ¿Dónde encontrarla? en el hielo ártico y antártico.

Polarella glacialis. A-E (células vegetativas) F-I (quistes). Fuente: Montresor y col. (2003).

La describieron Montresor y col. (1999) en la ensenada McMurdo (Antártida). En concreto la aislaron de la salmuera en los canales del hielo superficial (a -2 ºC de temperatura).

Polarella forma blooms primaverales en el mar de Ross (Stoecker y col. 1997), aunque Montresor y col. la aislaron luego en el hemisferio norte en 2003, en el hielo ártico entre Canadá y Groenlandia.

Se trata de un dinoflagelado fotosintético perteneciente al selecto orden de los Suessiales.

Y digo selecto porque apenas se conocen 90 especies, entre ellas los dinoflagelados simbiontes de arrecifes tropicales como Symbiodinium, a los que recuerda Polarella.

Lo más llamativo de esta especie son sus quistes espinosos y su extraordinaria resistencia tanto al frío como a los cambios de salinidad: se han encontrado células vegetativas a temperaturas entre -1 y -7 ºC y salinidades desde 20 a 140 (la salinidad del océano suele oscilar entre 34 y 36).

(2/4) Hatena arenicola

  • Tamaño: 30-40 micras.
  • ¿Dónde encontrarla? en la arena de playas japonesas.

Arriba: Hatena arenicola con el endosimbionte verde (la flecha señala la mancha ocular). Abajo: fluorescencia roja (cloroplastos) y azul (en el centro el núcleo de Hatena y los puntitos son los núcleos endosimbiontes). Fuente: Okamoto & Inouye (2006).

Descubierta por Okamoto & Inouye (2006), su nombre genérico «Hatena» significa «enigmático» en japonés. Técnicamente no es una microalga sino un eucariota heterótrofo (katablefárido).

Sin embargo, muchas Hatenas poseen microalgas verdes endosimbiontes caracterizadas genéticamente como Nephroselmis (clorofícea) aunque en versión gigante: 10 veces mayores a las Nephroselmis de vida libre. Los endosimbiontes están parcialmente degradados y no pueden sobrevivir fuera del huésped.

Durante la división celular de Hatena sólo una de las hijas hereda al endosimbionte verde. La otra se vuelve incolora y recupera su aparato de alimentación para poder ingerir de nuevo otras microalgas.

La asociación de Hatena y Nephroselmis parece muy específica, no se ha conseguido cultivar en el laboratorio, y podría representar una fase inicial en la evolución hacia la integración de cloroplastos permanentes en Hatena.

(3/4) Ornithocercus, Histioneis y Amphisolenia

  • Tamaño: desde 30 a 150 micras (algunos hasta 800).
  • ¿Dónde encontrarlos? en mares tropicales y subtropicales.

A: Ornithocercus steinii. B: O. quadratus. C: O. magnificus. E: Histioneis carinata. F: Amphisolenia thrinax. Fuente: Tarangkoon y col. (2010).

Estos tres géneros de dinoflagelados fueron descritos en 1883 por el naturalista alemán Friedrich Ritter v. Stein.

Son seres de siluetas barrocas que incluyen unas 130 especies y su característica más especial es que cultivan su propia huerta (interior y exterior) de fitoplancton.

Al observarlos recuerdan a dinoflagelados de latitudes más frías que hubiesen exagerado sus formas hasta el límite, imagino que para favorecer su flotabilidad y acomodar a su huerta de vegetales !

Son heterótrofos y habitan aguas oligotróficas donde tienes que ser muy eficiente para capturar los escasos nutrientes disueltos o incluso obtenerlos de la atmósfera (como el nitrógeno).

En esas condiciones, cuanto más pequeño mejor y la evolución ha favorecido la asociación con campeonas de la fotosíntesis como las cianobacterias (Synechococcus y Synechocystis).

El cingulum rodeaba a la coraza en la cintura para envainar la espada y de paso proteger los testiculum del legionario. Fuente: historiayguerra.net

En Ornithocercus e Histioneis las cianobacterias son ectosimbiontes que ocupan la estructura en forma de corona en el cíngulo de su anfitrión.

El cíngulo es una ranura circular que divide en dos regiones a la célula y procede del latín cingulum (el cinturón que usaban los legionarios romanos).

Por su parte, en Amphisolenia los simbiontes viven en el interior de la célula. Su naturaleza es desconocida pero mediante microscopía electrónica parecen albergar un cóctel de eucariotas y procariotas, tal como sucede en otras Dinophysiales tropicales como Dinophysis miles.

(4/4) Methanopyrus kandleri

  • Tamaño: entre 2 y 14 micras.
  • ¿Dónde encontrarla? en fuentes hidrotermales submarinas.

Methanophyrus kandleri. Autor: JAMSTEC. Fuente: twitter (@microBIOblog)

Se trata de un microorganismo unicelular procariota, pero ojo!, no son bacterias sino arqueas!, el tercer dominio de los seres vivos junto a bacterias y eucariotas.

Para esterilizar el material de laboratorio utilizamos un autoclave que eleva la temperatura a 121 ºC durante 20 minutos, lo cual se considera más allá de lo soportable para cualquier forma de vida….

…a menos que te llames Methanopyrus fuego de metano«).

M. kandleri es el microorganismo más hipertermófilo que se conoce (Takai y col. 2008): capaz de sobrevivir entre 85-116 ºC a 4 atmósferas de presión, puede crecer a 122 ºC si lo mantenemos a 200 atmósferas y a 130 ºC durante dos horas!

Methanopyrus, es un metanógeno anaerobio que usa como fuentes de energía y carbono simplemente H2 y CO2, liberando CH4 y H2O como productos de desecho. Lo descubrieron Kurr y col. (1991) a partir de muestras recogidas en 1990 con el submarino Alvin en fuentes hidrotermales del Golfo de California (a 2000 m. de profundidad).

Almejas gigantes en las fuentes hidrotermales del rift de las Galápagos, fotografiadas desde el Alvin. Fuente: whoi.edu

Y fue precisamente un descenso del Alvin en 1977 cerca de las Galápagos el que descubrió las espléndidas comunidades que albergaban las fuentes hidrotermales.

Unas formas de vida inimaginables y basadas, no en la fotosíntesis, sino en la quimiosíntesis, que representaron uno de los mayores descubrimientos de la biología en el s.XX.

No sabemos a ciencia cierta dónde se originó la vida en la Tierra, pero las fuentes hidrotermales donde prosperan Methanopyrus y compañía siguen siendo firmes candidatos al título !

Referencias:

-Kurr M. y col. Methanopyrus kandleri, gen. and sp. nov. represents a novel group of hyperthermophilic methanogens, growing at 110 °C. Arch. Microbiol. 156:239-247 (1991).
-Montresor M. y col. Polarella glacialis gen. nov., sp. nov. (Dinophyceae): Suessiaceae are still alive! J. Phycol. 35:186–197 (1999).
-Montresor M. y col. Bipolar distribution of the cyst-forming dinoflagellate Polarella glacialis. Polar Biol. 26:186–194 (2003).
-Okamoto N. & Inouye I. Hatena arenicola gen. et sp. nov., a Katablepharid Undergoing Probable Plastid Acquisition. Protist 157:401—419 (2006).
-Stoecker D.K. y col. Excystment and growth of chrysophytes and dinoflagellates at low temperatures and high salinities in Antarctic seaice. J. Phycol. 33:585–595 (1997).
-Takai K. y col. Cell proliferation at 122°C and isotopically heavy CH4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation. PNAS 105:10949-10954 (2008).
-Tarangkoon W. y col. Spatial distribution of symbiont-bearing dinoflagellates in the Indian Ocean in relation to oceanographic regimes. Aquat. Microb. Ecol. 58:197–213 (2010).

 

La novia cadáver

Un cangrejito ermitaño en el intermareal de Monte Lourido (Nigrán).

Autor: F. Rodríguez

Los cangrejos ermitaños nos resultan simpáticos con sus conchas prestadas. Viven en casas diminutas y cada cierto tiempo tienen que mudarse…(me suena de algo)

Pues sepan ustedes que las algas también pueden crecer sobre otros seres vivos (ó aprovechando lo que quede de ellos) como copépodos, otras algas, ciliados, etc…

Sin más dilación sumerjámonos en el primer ejemplo ilustrado con imágenes tomadas en el Pacífico, durante la campaña 6 del proyecto Malaspina. Conste que cuando hice estas fotos me pareció muy chulo pero no tenía ni idea de quienes eran.
A la izquierda vemos el caparazón estrecho (y vacío) de un ciliado tintínido. Ése caparazón (lórica) está formado principalmente por proteínas. En la imagen derecha vemos una lórica parecida asociada con una diatomea. Después de buscar en la literatura científica me atrevería a decir que es el consorcio del ciliado Salpingella subconica y la diatomea Fragilariopsis doliolus. Corríjanme si me equivoco…

En los mapas se sitúan las estaciones de muestreo a las que pertenecen cada imagen
durante la campaña 6 de Malaspina en el B.O. Hespérides (Honolulu-Cartagena de Indias, junio 2011).

Las imágenes están hechas en vivo y con luz visible. Pero podríamos ver solamente al organismo fotosintético: en esta imagen de epifluorescencia observamos la fluorescencia roja de los cloroplastos de la diatomea, emitida por la clorofila a.

El beneficio de este consorcio se supone que es mutuo: los ciliados se adhieren a las diatomeas para aumentar su tamaño y protegerse mejor de algunos predadores. Y también se ha demostrado que así mejoran su eficacia para capturar alimentos.

Por su parte la diatomea gana movilidad en la columna de agua gracias a «navegar» con el ciliado y puede llegar a zonas con mayor cantidad de nutrientes e incluso aprovechar aquellos excretados por el propio ciliado. Ése acceso a los nutrientes resulta crucial en océano abierto, como era este caso.
¿Qué ocurre cuando muere el ciliado? yo diría que la diatomea sigue su vida y no mira atrás…

 

«La novia cadáver», de Tim Burton & Mike Johnson (2005)
…Famosa por su dueto al piano de «ultratumba»… 

Y esto nos conduce al segundo ejemplo, el de «la novia cadáver»… 

Su «novio» es Solenicola setigera, un organismo unicelular heterótrofo, y «la novia cadáver» es un tubo de sílice vacío, identificado como los restos de una diatomea: Leptocylindrus mediterraneus. 

Leptocylindrus mediterraneus y Solenicola setigera.
Autora: Soluna Salles (IEO Málaga). Fuente: PlanktonNet

En esta imagen Solenicola está fijado con Lugol y por eso lo vemos de color dorado, pero no tiene pigmentos. En la imagen inferior lo vemos en una imagen en vivo…

L. mediterraneus y S. setigera, fotografiados también en la
campaña 6 Malaspina (St. 119). Autora: Dolors Blasco.

Esta curiosa asociación se conoce desde comienzos del s.XX.

Pero no se supo qué organismo era Solenicola setigera hasta la secuenciación de sus genes ribosomales en 2011. Entonces se descubrió que Solenicola era el primer ejemplo de un grupo de protistas abundantes en los océanos, conocidos como MAST-3, del que solo teníamos sus secuencias genéticas.

Por ello temporalmente se habían identificado con ése acrónimo (MArine STramenopiles grupo 3. Existen hasta 12…). Las estramenópilas (ó protistas heterocontas) como Solenicola pertenecen al mismo filo taxonómico que las algas pardas (como las diatomeas), pero incluyen también a seres heterótrofos como los hongos acuáticos…

Lo más alucinante es que Solenicola no se limita a vivir epífito sobre los restos de la diatomea y parece controlar de algún modo el crecimiento del tubo de sílice.

¿¿Pero cómo podría crecer el tubo sin la diatomea??
Éste es el primer gran misterio que se encontraron Gómez y col (2007) en muestras de regiones árticas y ecuatoriales del Pacífico. El segundo es que nunca aparecieron cadenas vivas de Leptocylindrus mediterraneus: solo había frústulas vacías y Solenicola

Es más…¿existe siquiera la diatomea? les reto a que intenten localizar un cultivo de Leptocylindrus mediterraneus en cualquier colección de microalgas ó siquiera una secuencia genética. Porque yo al menos no la encontré y es que existen muchas dudas acerca de la naturaleza de esa cadena de sílice hueca que navega cual «fantasma» bajo el nombre actual de L. mediterraneus

Sobre este asunto, más que a un taxónomo,
habría que consultar a  Iker Jiménez y Carmen Porter…

En el Atlántico norte se han descrito también cianobacterias y picoeucariotas viviendo en el mucus que cubre la frústula, así que parece que el consorcio puede incluir a más organismos, fijadores de nitrógeno atmosférico como Synechococcus.

Y esto nos lleva al tercer ejemplo: las cianobacterias y bacterias heterótrofas asociadas a dinoflagelados no fotosintéticos como Ornithocercus. Se trata de «ectosimbiontes», ya que no viven dentro de la célula del dinoflagelado sino en las listas cingulares, «adornando» la corona de Ornithocercus. No se conocen los beneficios de esta asociación: quizás aporta al dinoflagelado una fuente «extra» de nutrientes a cambio de prestar cierta protección a las bacterias. Lo típico que se suele sugerir en estos casos…

Ornithocercus quadratus. Izquierda: luz visible. Derecha: epifluorescencia para ver  la fluorescencia que emiten los pigmentos (ficoeritrinas) que contienen las cianobacterias. Estación 119, campaña 6 de Malaspina. Autor: F. Rodríguez

Y para terminar, un cuarto y último misterio resumido en esta imagen y el vídeo final. (la calidad no es muy buena, lo grabé con el móvil).

Ni idea de qué son esas dos células. ¿Parásitos? En todo caso, una de ellas parecía que acababa de entrar en el copépodo, tal y como muestra el vídeo que despide esta entrada…

Si alguien tiene la menor pista ni qué decir que el blog está abierto a cualquier comentario !! 


Referencias:

-Froneman PW y col. Observations on the association between the diatom, Fragilariopsis doliolus Wallich, and the tintinnid, Salpingella subconica Kafoid. South Afr. J. Sci. 945:202 (1998).
-Gárate-Lizárraga I, Muñetón-Gómez M. Primer registro de la diatomea epibionte Pseudohimantidium pacificum y de otras asociaciones simbióticas en el Golfo de California. Acta Bot. Mex. 88:31-45 (2009).
-Gómez F. The consortium of the protozoan Solenicola setigera and the diatom Leptocylindrus mediterraneus in the Pacific Ocean. Acta Protozool. 46:15-24 (2007).
-Gómez F. y col. Solenicola setigera is the first characterized member of the abundant and cosmopolitan uncultured marine stramenopile group MAST-3. Env. Microbiol. 13:193-202 (2011).
-Tarangkoon W. Mixotrophic protists among marine ciliates and dinoflagellates: distribution, physiology and ecology. Tesis doctoral, Univ. Copenhage. 148 pp (2010).