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Algas culturistas

Imagen de portada: Lithoptera fenestrata. Autor: Noé Sardet. Fuente: IPTC.

Nuestros protagonistas de hoy no son algas, no se pueden cultivar en el laboratorio y casi dos siglos después de su descubrimiento sabemos muy poco de ellos. Para empezar vamos a situarlos en el árbol de la vida: Reino Chromista, Subreino Rhizaria, Filo Radiozoa, Subfilo Radiolaria, Clase ACANTHARIA.

Acanthometra. Autor: E. Haeckel. Lámina 21 de Kunstformen der Natur (1904).

En 1856 el fisiólogo alemán Johannes Müller descubría en el Mediterráneo un nuevo grupo de organismos planctónicos al que denominó “Acanthometren“: entre ustedes y yo, acantarios.

Pero Müller murió en 1858 y la clasificación taxonómica que tenía entre manos la completó un estudiante suyo, Ernst Haeckel, que estudió luego muestras de acantarios de la expedición del HMS Challenger (1872-74).

Le imagino al microscopio, fascinado por sus formas imposibles: algunos como Lithoptera parecen copos de nieve, otros estrellas…no resulta extraño que décadas después los reprodujera en Kunstformen der Natur (1904), aunque en algunos dejó volar un poco su fantasía!

Suelen ser heterótrofos, pero algunos acantarios funcionan como gimnasios cuyos clientes son microalgas de músculos hipertrofiados (o mejor dicho, supercloroplastos!). Luego hablaremos de ellos…

Son especialmente abundantes en latitudes tropicales/subtropicales, en áreas oligotróficas de océano abierto y aguas superficiales (hasta 20-50 m) donde podemos observar hasta 40 células por litro.

Uno de sus rasgos más sorprendentes es que fabrican endoesqueletos de celestita. Acostumbrados a organismos con estructuras calcáreas o silíceas ¿qué diantre es la celestita? Pues sulfato de estroncio…normal si no les suena porque ningún otro organismo marino emplea este delicado biomineral.

Elementos empleados para el color de los fuegos artificiales. Fuente: EarthSky.

Por curiosidad les diré que el estroncio (en este caso en forma de carbonato) lo utilizamos, p. ej., para obtener el rojo en los fuegos artificiales.

La celestita se disuelve rápidamente en el mar e impide conservar un registro fósil de acantarios. Pero esto a ellos no les importa, porque es muy densa (el doble que el carbonato cálcico) y esta propiedad es muy útil en su ciclo de vida.

Resulta que los acantarios forman quistes –pero no de resistencia– sino como parte de su ciclo reproductivo. Sedimentan a gran velocidad y se han llegado a encontrar a profundidades de hasta 2000 m.

En capas profundas liberan hordas de minúsculos juveniles lo cual permite evitar a los predadores de superficie. Al menos ésa es la hipótesis.

Hoy en día se conocen alrededor de 50 géneros y 150 especies. Sus presas favoritas parecen ser ciliados y en menor medida copépodos, larvas de moluscos y fitoplancton.

Usando datos genéticos podemos separar a los acantarios en 6 grupos moleculares designados con letras (A-F). Pues bien: en los grupos B, E y F hay mixótrofos que cultivan algas simbiontes en su interior !

¿Y qué algas poseen los acantarios?

Acanthochiasma. Autor: E. Haeckel. Lámina 19 (nº8) de Kunstformen der Natur (1904).

En Acanthochiasma (grupo molecular B) se han encontrado varios géneros de dinoflagelados (Heterocapsa, Pelagodinium, Azadinium y Scrippsiella) así como haptofitas (Chrysochromulina).

Mientras, los acantarios de los clados E y F poseen un tipo concreto de fotosimbiontes: haptofitas del género Phaeocystis.

La especie varía según la región geográfica y los acantarios del Mediterráneo y de la Antártida mantienen fotosimbiontes de Phaeocystis cordata y P. antarctica, respectivamente.

La asociación de seres heterótrofos y fotosintéticos es común en zonas oligotróficas donde escasean los nutrientes y ambos se benefician de un acuerdo que les permite sobrevivir en el desierto marino.

Sin embargo, los acantarios con fotosimbiontes son también abundantes en regiones productivas de latitudes medias y altas como el Atlántico Noreste o el océano Antártico.

Acantarios y Phaeocystis: una simbiosis muy especial.

Phaeocystis es una microalga formadora de proliferaciones que podemos encontrar por todas partes (o dicho más finamente: es cosmopolita). Sobre la naturaleza de su asociación con acantarios como Lithoptera (imagen de portada) no había casi datos hasta ahora.

Sabíamos que los intentos de cultivarlas fuera del huésped eran infructuosos y que las Phaeocystis simbiontes poseían mayor tamaño, así como más mitocondrias y cloroplastos que las de vida libre. También conocíamos que los acantarios obtienen las algas del exterior: los juveniles no tienen…no las heredan.

Resumen gráfico donde se muestran las transformaciones de las Phaeocystis simbiontes frente a las de vida libre. Fuente: Decelle y col. (2019).

Pero Decelle y col. (2019) acaban de publicar un estudio detallado sobre las transformaciones que sufren las Phaeocystis simbiontes y la naturaleza de su relación con el huésped.

Para empezar, su volumen celular es 10 veces superior a la forma libre y llegan a tener 30 cloroplastos de gran tamaño (frente a sólo 2 en las células normales).

Su división celular está bloqueada y básicamente funcionan como máquinas para obtener energía, con una eficiencia fotosintética 3 veces superior a la de sus congéneres de vida libre.

Son Phaeocystis culturistas con supercloroplastos!

Además, las microalgas simbiontes están integradas en una vacuola intracelular (simbiosoma), donde el acantario les facilita nutrientes esenciales (metales traza como hierro & cobalto, así como nitrógeno & fósforo), limitantes para la producción primaria. Todo por la fotosíntesis!

Además, Phaeocystis produce grandes cantidades de DMSP que actúa como una defensa antioxidante en el interior de las células lo cual beneficia también a su huésped.

Por tanto, más que una simbiosis clásica, la relación acantarios-Phaeocystis es la de un huésped que explota a las algas y las modifica en su propio beneficio para maximizar la fotosíntesis, con la consecuencia de que no éstas pierden su independencia y al final del ciclo de vida (cuando ya no las necesitan), seguramente las digieran !

Referencias:

-Decelle J. y col. An original mode of symbiosis in open ocean plankton. PNAS 109:18000-18005 (2012).
-Decelle J. & Not F. Acantharia. En: eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. pp. 10. DOI: 10.1002/9780470015902.a0002102.pub2 (2015).
-Decelle J. y col. Algal remodeling in a ubiquitous planktonic photosymbiosis. Curr. Biol. 29:1–11 (2019).
-Stoecker D. y col. Mixotrophy in the Marine Plankton. Annu. Rev. Mar. Sci. 9:311–35 (2017).
-Recursos Web: Acantharia (https://www.wikiwand.com/de/Acantharia) y Web personal de Johan Decelle (https://johandecelle.wordpress.com/)

 

Phaeocystis y el baccy-juice

Phaeocystis globosa. Autor: F. Rodríguez.

Estas imágenes son del alga haptofita Phaeocystis globosa aislada en la Ría de Vigo. En ellas vemos las células en colonias dentro de una matriz transparente. Las células son diminutas (<10 micras) pero las colonias pueden ser visibles a simple vista, llegando a alcanzar varios milímetros de diámetro…!!

El contorno de la colonia parece una pompa de jabón, tenue y frágil, verdad…? pues no se puede pinchar con una aguja por ejemplo. Se trata de una pared elástica muy resistente que protege a las células de los depredadores…y también del ataque de bacterias y virus.

P. globosa. Autor: F. Rodríguez.

Phaeocystis se defiende así de otras algas y ciliados que podrían capturar las células libres, aunque los copépodos (zooplancton) por tamaño y fuerza sí pueden romper las colonias y alimentarse de las células en su interior.
Un copépodo. Autor: F. Rodríguez

Las colonias de Phaeocystis globosa y de otras especies similares (como P. pouchetii y P. antarctica) son una estrategia vital que contribuye al éxito de sus proliferaciones.

En el caso de Phaeocystis pouchetii, sus colonias se distinguen por ser lobuladas en vez de lisas…
Phaeocystis pouchetii.
http://www.coastalstudies.org

Hasta hace apenas una década seguía el debate, desde finales del siglo XIX, sobre si las colonias de Phaeocystis eran una bola de gel (según Scherffel, 1900) ó un “globo” hueco lleno de agua (propuesta por Lagerheim, 1896).

Pues bien, Van Rijssel y col. demostraron en 1997 que la teoría válida es la del “globo” hueco. Y también que las células están en la periferia de la colonia, en una matriz gelatinosa justo bajo la “piel” del globo.
Curiosamente, Phaeocystis globosa cambia el tamaño de sus colonias y el número de células en ellas para defenderse mejor de sus depredadores.
Por ejemplo, en el laboratorio se ha observado que el tamaño de las colonias aumenta en presencia de sustancias químicas liberadas por copépodos y dinoflagelados.Igual que el pez globo que se hincha de agua al verse en apuros…ó de aire, los pobres, al sacarlos del mar…!!Y además, Phaeocystis puede reducir el número de células en las colonias en presencia de copépodos (para que éstos traguen más agua que otra cosa…!!) …o al contrario, aumentarlas en presencia de los que zampan células libres, como ciliados.

En el vídeo siguiente podemos ver una colonia de Phaeocystis globosa y una célula flagelada que “viene a saludar” por la derecha de la imagen…una entre los 3 tipos de flagelados que hay en esta especie.

Las colonias de Phaeocystis producen “blooms”, que cuando empiezan a decaer y desintegrarse por falta de nutrientes, forman una espuma que se acumula en la costa, con un olor y aspecto bastante desagradable…un espanto para el turismo y una molestia para los pescadores porque atasca sus redes…

 

Espuma de Phaeocystis en Biarritz (Francia). Autor: Frank Sider.
http://southsiders-mc.blogspot.com.es/2009/11/phaeocystis-globosa-baccy-juice.html

Precisamente, en el año 1923 la revista Nature publicaba una carta al editor titulada
“The so-called Baccy-juice in the waters of the Thames oyster-beds”…

Esa extraña expresión, “Baccy-juice”, describe lo que vemos en la imagen anterior…
¿¿pero qué significa??…

El puerto de Whitstable en el estuario del Támesis, (a finales del s.XIX), aún famoso por sus ostras. De esa zona provenían parte de las muestras de la publicación de Nature en 1923.
Copyright: T. Farnham http://www.greta1892.co.uk/

Pues tiene que ver con el tabaco de mascar, muy común hasta comienzos del s.XX…y también entre los pescadores. El tabaco de mascar se escupe, y el escupitajo resultante, en fin, debe recordar bastante a la espuma de Phaeocystis

También al otro lado del “charco”, los pescadores de Great South Bay (Long Island, Nueva York) mascaban tabaco y llamaban a la espuma de Phaeocystis pouchetii “Dutchman’s baccy-juice”…Quizás se referían al famoso holandés errante…the “flying dutchman”

Agradecimientos: A Tim Wyatt y Beatriz Reguera por la explicación sobre el “baccy-juice”…también conocido como “fisherman’s spit”.

Referencias:

-Lundgren V, Granéli E. Grazer-induced defense in Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae): influence of different nutrient conditions. Limnol&Oceanogr. 55: 1965-1976 (2010).
-Orthon JH. The so-called “Baccy-juice” in the waters of the Thames oyster-beds. Nature 111:773 (1923).
-Seoane S. Haptofitas del estuario del río Nervión-Ibaizabal: taxonomía, crecimiento e importancia relativa en el fitoplancton.Tesis doctoral. pp 293 (2006).
-Van Rijssel M y col. Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae) colonies: hollow structures built with small amounts of polysaccharides. Eur. J. Phycol. 32: 185–192 (1997).