El microbioma: La clave para la vida del coral.
Para el blog de Mi Arrecife es todo un gusto compartir esta nota preparada por nuestro compañero de afición y ya editor invitado frecuente Leonardo Peña.
Es conocido por todos los aficionados a este hobby que existen pequeños microorganismos dinoflagelados llamados zooxantelas y otra comunidad de bacterias, hongos y virus que alberga el coral y que pueden vivir o no en simbiosis con él coral, que son importantes y que sin ellos no sería posible la vida de ningún cnidario; pero qué función cumplen estos organismos al interior del coral y cómo juegan a favor de su anfitrión?, por qué son tan importantes y hasta más, que los propios factores abióticos del sistema?.
Voy a intentar adentrarlos en el pequeño mundo de las bacterias y dinoflagelados y poder entender más a fondo cuál es el papel de estos organismos en la vida del coral.
Como siempre pasaremos de lo general a lo particular, entendiendo un poco que las zooxantelas son dinoflagelados (microalgas) que viven en simbiosis y que proporcionan al coral del 75% al 90% del alimento que requieren diariamente y que aparte de estos organismos también existe una comunidad no despreciable de bacterias, hongos, arqueas y virus denominados microbiota que intervienen en procesos metabólicos, de nutrición y defensa del coral y que forman parte esencial de la vida del mismo, pues sin estos dos grupos (zooxantelas y microbiota) sería imposible la vida ya que dependen 100% del alimento y demás procesos bioquímicos que se producen a través de ellos.
Ahora, el conjunto de todos estos organismos microscópicos asociados lo referiremos en adelante como microbioma (conjunto de bacterias, algas, arqueas, virus y demás microorganismos que viven en simbiosis con el coral), que interactúan entre sí, a través de las diferentes vías metabólicas y que producen beneficios para cada una de las partes, viviendo en completa armonía y salud con su huésped coralino, que es lo que se denomina el holobionte coralino.
Teniendo claro estos conceptos vamos a lo particular, explicando cada uno de los grupos que componen el microbioma (zooxantelas y microbiota).
¿Qué son las zooxantelas?: Las zooxantelas son un grupo de dinoflagelados autótrofos de color pardo, capaces de producir su propio alimento a través de la fotosíntesis y se encuentran discriminados en 7 especies principalmente (Symbiodinium, Breviolum, Cladocopium, Durusdinium, Effrenium, Fugacium y Gerakladium) que se encuentran ubicadas en la gastrodermis del coral, estas microalgas viven en simbiosis con el coral proporcionándole la mayoría del alimento a este; parece ser que la forma de transmitir y heredar las zooxantelas y microbiota se da por la reproducción sexual, pues al momento de la generación del óvulo este se impregna de los microorganismos iniciales que lo colonizaran más adelante cuando se establezca en la roca. Pero existe otra forma de colonización, dado que las bacterias y zooxantelas también se encuentran en el medio, por lo que los corales son capaces de tomarlas del medio por ingestión directa multiplicándose a continuación en los tejidos del anfitrión.
Teniendo en cuenta esto, se han encontrado colonias coralinas de la misma especie pero en diferentes áreas geográficas con diferentes colonias simbiontes, lo que demuestra esto es la plasticidad del coral a adaptarse a su medio al ser capaz de tener poblaciones de microorganismos diferentes, este efecto lo vemos reflejado en nuestros acuarios, donde se tiene una mezcla de colonias simbiontes y bacterias que hacen del coral un ser más resistente, razón por la que vemos que nuestros animales son más fuertes a cambios repentinos de temperatura, pH, kH, luz, etc., y esta resistencia se debe en gran parte a la biodiversidad que adquieren al traer corales de diferentes lugares, esto es un efecto que en los arrecifes no sucede, porque las especies de simbiontes y bacterias son siempre los mismos (esto obedece a factores fisiológicos y bioquímicos del medio donde solo algunas especies se pueden adaptar y prevalecer y donde la competencia es otro factor determinante), mientras en los acuarios, incluimos sin saber variedad de microbioma, quizá debido a este hecho, en un futuro seamos el reservorio para poblar los arrecifes con especies más robustas y resistentes.
¿Qué función tienen en el coral?: las zooxantelas se encargan de producir la mayor parte del alimento del coral, usando la energía lumínica, ellas son capaces de fijar el bicarbonato y aprovechar el CO2 y también pueden disociar el ácido carbónico y aprovechar el CO2 para producir carbohidratos (en forma de glicerol y glucosa) a través del proceso de fotosíntesis, en este proceso también se producen ácidos grasos y aminoácidos como alanina y leucina; pero este proceso requiere de la ayuda del coral el cual le brinda al alga como fuente de nitrógeno el amoniaco resultado de la digestión del plancton y fósforo como combustible básico para la fotosíntesis, sin embargo gran parte del carbono proviene de la liberación de CO2 del coral y que aprovechan las zooxantelas; como resultado de la fotosíntesis las zooxantelas pueden transmitir hasta el 98% de sus productos fotosintéticos al coral.
Debido a su estrecha relación simbiótica el coral ha desarrollado enzimas digestivas en las paredes celulares de las microalgas (zooxantelas) y hacen que se traspase de la pared celular del alga al coral (traslocación de fotosintatos). El coral utiliza estos nutrientes y los aminoácidos obtenidos por la digestión del plancton para formar cadenas de proteínas, que junto con los lípidos serán utilizados para la formación de tejidos y los carbohidratos utilizados como fuente de energía para llevar a cabo todos los procesos metabólicos de construcción, reproducción, respiración y digestión.
Como punto final el alga simbionte recibe del coral alimento (nitrógeno, fósforo y carbono), protección y un lugar seguro para vivir y reproducirse.
¿Qué es la microbiota?: como segundo grupo tenemos los microorganismos (bacterias, arqueas, hongos, virus) que forman la microbiota del coral y que no son menos importantes para el coral ya que de ellos depende en gran parte la salud, adaptación y desarrollo del mismo.
La microbiota se encuentra en dos partes del coral principalmente, en la dermis donde forma el moco protector y en la mesodermis, existen otro tipo de bacterias endolíticas que se sitúan en la parte más profunda del coral y que a su vez alberga hongos, pero no se tiene claro todavía qué función realizan, se sabe que participan en el ciclo del nitrógeno y que promueven el crecimiento, haciendo que el coral deposite carbonato de calcio, produciendo estructuras más gruesas.
Estos microorganismos además aseguran el suministro de componentes críticos como la fijación del nitrógeno, fósforo y vitaminas y como se comentaba en un apartado anterior ayudan a la regulación fisiológica del coral proporcionando mayor fortaleza al estrés y a los cambios abióticos que se presentan. El coral por su parte les proporciona a los microorganismos un tejido donde alojarse de forma segura, alimento y un lugar seguro donde reproducirse.
¿Qué función tiene la microbiota?: en la primera capa de la dermis donde se produce el moco, se albergan grandes cantidades de bacterias que se alimentan del mismo (el moco es una sustancia producida por el coral rica en compuestos orgánicos como glicoproteínas y lípidos) que desdoblan las bacterias para utilizar como fuentes de carbono y nitrógeno y a cambio le brinda protección al coral, produciendo en muchos casos antibióticos necesarios para la colonización bacteriana, que contrarrestan la invasión de bacterias y virus patógenos externos que pueden afectar la salud del coral, en conclusión son la primera línea de defensa, pero la función no para aquí, ellos sirven de alimento para el mismo coral vía pólipo y se encargan también del transporte de pequeñas partículas alimenticias a través del moco para llegar a la boca oral del pólipo. Pero tienen otra función adicional muy importante, que es transmitir información al resto de la colonia cuando se presenta un ataque de tipo físico (rompimiento, mordeduras, etc.), lo que hacen estas bacterias es activar la función de la melanina un pigmento natural que es transportado al lugar dañado o atacado para su cicatrización y a esta transmisión de información entre el microbioma, se le conoce como “Quorum Censing”
Las colonias bacterianas ubicadas en la mesodermis desempeñan funciones claves en el holobionte interviniendo en el ciclo del nitrógeno, carbono, azufre y otros metabolitos, por ejemplo, cuando la cantidad de nitrógeno disponible en el medio es muy baja, las bacterias son capaces de proporcionar al coral nitrógeno orgánico. La microbiota también tiene la capacidad de regular las poblaciones de dinoflagelados manteniendo una proporción equilibrada de nitrógeno y fosfato (El amonio producido por el coral es la fuente de nitrógeno inorgánica preferida de las zooxantelas y este es aprovechado por un mecanismo que logran las bacterias a través de nitrificación y desnitrificación restringiendo a la zooxantelas de la fuente de N2 para la fotosíntesis).
Existen estudios que comprueban que el microbioma puede realizar una reestructuración dinámica de simbiontes en condiciones adversas cambiantes, como mecanismo para la adaptación de los corales o con fin de responder a eventos de estrés o de blanqueamiento y que el coral pueda rápidamente revertir la condición a un coral saludable mediante el reclutamiento selectivo de un microbioma exógeno más adecuado. Entonces, la microbiota puede actuar como un amortiguador y retrasar la degradación simbiótica del coral versus dinoflagelado, pero cuando el coral está muy estresado y supera la capacidad amortiguadora de la microbiota, este puede cambiar los tipos de Symbiodiniaceae para mejorar la resistencia a los cambios ambientales, ambos procesos de cambio consumen grandes cantidades de energía y se traducen en decoloración transitoria, esperando que el holobionte sea capaz de adaptarse y recuperarse a un estado saludable. Más allá del estudio, la experiencia nos muestra estos cambios en los corales recién llegados, cuando observamos el coral cerrado, estresado y que paulatinamente va perdiendo su color, entonces podemos asumir que entró en una lucha por sobrevivir y que puso en marcha mecanismos de supervivencia como los mencionados.
Conclusiones:
La estabilidad del holobionte coralino es demasiado sensible y producir cambios bruscos por factores abióticos (temperatura, iluminación, flujo, etc.) y bióticos (patógenos, disponibilidad de alimento, etc.) en su ambiente, pueden causar desestabilidad que conlleva a la muerte o ralentización en su crecimiento, en nuestros acuarios algunas veces observamos que corales que están saludables y creciendo en su lugar de origen al llegar a nuestros sistema no se adaptan, no abren sus pólipos y simplemente no progresan y pasan de un estado saludable a un estado insalubre, piensen en que uno de los muchos factores a sumar y tal vez el más posible, puede ser que el microbioma se ha visto afectado con el cambio de ambiente o la manipulación, muchas veces creemos que con el hecho de tener parámetros estables y un ambiente ideal y ver que nuestros animales se desarrollan, creemos que cualquier animal que se traiga debe responder de la misma forma, pero ignoramos que su microbioma se puede afectar con el cambio y dejarlo expuesto a virus o patógenos que son nuevos para el y que los otros corales ya lo han reconocido o posiblemente se afectó tanto con el cambio que le cuesta mucha energía recuperar su estado, y su microbioma se ve deteriorado lo que produce una ralentización del crecimiento por muchísimo tiempo, incluso corales que fueron afectados pueden durar años exactamente iguales, olvidamos que la capacidad adaptativa de cada animal es diferente y que responde de forma diferente a los cambios, miramos siempre factores exógenos y olvidamos por completo que dentro de ese animal existe un mundo de microorganismos que al cambiar de ambiente se someten a un estrés que causa un desmejoramiento en la salud del holobionte y puede llegar a producir la muerte del coral.
Si la flora intestinal de tu sistema digestivo está mal, puedes estar seguro que el cuerpo completo va a funcionar mal.
Finalmente demostrar que hasta la manipulación del coral con las manos en algunas especies puede causar la inclusión de algún patógeno o bacteria indeseable que contamina el holobionte y produce la muerte inminente del organismo, por experiencia he comprobado que con solo tocar con las manos un coral que por años ha estado igual, sin razón aparente para uno, se pela y muere (RTN), olvidamos que hasta meter la mano en un sistema cerrado está inoculando bacterias y virus externos al sistema que pueden causar desequilibrios, por eso el mejor consejo que les puedo dar es mantener las manos fuera del sistema lo más que puedan.
Nota: es tal la fuerza que tiene el microbioma del coral que los últimos estudios están guiados a estudiar estos microorganismos y reproducirlos para producir un probiótico que nos es más que un cultivo de cepas bacterianas benéficas propias de los corales y que puede ayudar a mitigar en gran parte el blanqueamiento del coral, lo que se planea y se estudia asiduamente es ver si todas las especies responden de forma positiva para poder hacer pruebas en campo con los arrecifes enfermos (revista de investigación y ciencia: al rescate del coral).
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