Microbios Marinos


La presente nota es una traducción literal al español de la publicada por el Smithsonian en idioma inglés. El final de la nota se podrá encontrar el enlace para leerlo en su idioma original.


Por Danielle Hall

Revisado por Alyson Santoro y Sarah Laperriere, UC Santa Barbara


Introducción

Invisible a simple vista, en el océano vive un mundo rebosante de microbios con una complejidad y diversidad que rivaliza con el resto de la vida en la Tierra. Incluyen bacterias, virus, arqueas, protistas y hongos. Si pesáramos todos los organismos vivos del océano, el 90% de ese peso correspondería a los microbios. El hecho de que estos microbios no puedan verse no significa que no sean importantes. Los microbios son a menudo los motores de los ecosistemas que, de otro modo, no tendrían acceso a los alimentos y nutrientes que necesitan. Muchos son también los guardianes de los ecosistemas sanos, limpiando el océano de residuos y a menudo defendiédolo de las enfermedades en lugar de propagarlas. Los microbios viven en algunos de los entornos más extremos, desde los respiraderos hidrotermales en ebullición hasta los lagos glaciares subterráneos de la Antártida. Incluso fueron la primera vida del planeta, viviendo sin oxígeno en un antiguo océano. Pueden brillar, ayudar a formar las nubes y producir una de las toxinas más mortíferas del mundo.


Los microbios son esenciales para un ecosistema oceánico próspero. Sin ellos, el mundo que conocemos no existiría.


¿Qué es un microbio?

Los microbios están en todas partes, incluido el océano. Un solo litro de agua de mar contiene unos mil millones de bacterias y 10 mil millones de virus. Pero, ¿qué significa ser un microbio? Un microbio es un organismo extremadamente diminuto, y no está necesariamente dentro de un grupo unificado que esté estrechamente relacionado. De hecho, los microbios existen en los tres dominios de la vida. Hay microbios que son bacterias, microbios que son arqueas y microbios que forman parte del dominio más complejo del que forman parte las plantas y los animales: los eucariotas. Incluso los virus, un grupo que los científicos debaten si es una forma de vida, se consideran microbios. Los microbios son increíblemente diversos y viven en bulliciosos mundos microscópicos que son invisibles a nuestros ojos.


Puedes ver cómo se relacionan todos estos microbios en nuestro árbol interactivo de la vida de los microbios marinos o continúa leyendo para aprender más.


Bacterias

El Silicibacter es un tipo de bacteria marina que vive en un dinoflagelado huésped específico. Sin la Silicibacteria, el dinoflagelado muere. (Dr. Robert Belas)


Aunque a menudo se las considera vectores de enfermedades, la mayoría de las bacterias son inofensivas y forman parte de los ecosistemas de todo el mundo. También son extremadamente abundantes: en una sola gota de agua puede haber más de 100 especies de bacterias. Se han encontrado en casi todas las superficies de la Tierra, incluso en lugares aparentemente inhóspitos. Las más pequeñas miden una centésima de milímetro y las más grandes, encontradas en los sedimentos oceánicos de la costa de Namibia, miden tres cuartos de milímetro, lo suficientemente grandes como para verlas a simple vista. Mientras que algunas obtienen energía mediante la fotosíntesis, otras son capaces de producirla a través de diferentes reacciones químicas. Las bacterias del género Bdellovibrio incluso cazan y consumen otras bacterias. Algunas bacterias, como las cianobacterias, vivieron hace más de 3.500 millones de años, durante el Precámbrico. Las pruebas de su existencia se encuentran en los montículos fosilizados llamados estromatolitos, rocas aparentemente anodinas que son, en realidad, capas y capas de cianobacterias muertas.


Una bacteria es un organismo unicelular, o procariota, con una estructura celular relativamente simple. Suelen tener forma de varilla, esfera o espiral, aunque algunas tienen características únicas, como una espiral especialmente apretada. La célula consta de una membrana celular permeable, ADN, fábricas de proteínas llamadas ribosomas y una pared celular externa protectora. A diferencia de otros organismos más complejos, como los eucariotas, las bacterias carecen de un núcleo cerrado y, en su lugar, el ADN flota en una maraña agrupada llamada nucleoide. El ADN bacteriano suele estar organizado en un único cromosoma circular. En ocasiones, las bacterias transportan ADN en anillos más pequeños conocidos como plásmidos. A menudo, un solo plásmido se transmite de una bacteria a otra en una interacción de tipo sexual denominada conjugación.


Modelo 3D de una bacteria Pelagibacter. (Cortesía de Xiaowei Zhao)


Las bacterias del océano se adaptan a su entorno. Las que están cerca de la superficie del agua, como las cianobacterias, tienden a hacer la fotosíntesis. Por tanto, tiene sentido que los tipos y el número de bacterias presentes en la superficie estén a menudo ligados a la ubicación y a la estación del año: aprovechan cuando la temperatura y la luz solar que son las adecuadas. Algunas bacterias se alimentan del fitoplancton moribundo y sólo crecen en número cuando hay floraciones de algas estacionales.

En las profundidades, las bacterias desarrollan adaptaciones únicas para arreglárselas sin la luz solar y, en general, esto conduce a una mayor diversidad bacteriana en las profundidades. Alrededor del 70% de los microbios del océano viven en la oscuridad del océano abierto. Aquí, las bacterias son más propensas a ser eficientes nadadores con colas llamadas flagelos, una necesidad para evitar a los hambrientos depredadores. Otras se aferran a las masas de partículas muertas que caen, ya que la materia en descomposición es una fuente perfecta de nutrientes.


Archaea

Micrografía electrónica de barrido de la archaea Methanocaldococcus villosus. (Cortesía de Gerhard Wanner, Universidad de Munich, Alemania)


Aunque en su día se consideraban bacterias especializadas, ahora se sabe que las arqueas constituyen un ámbito de vida propio y único. Gran parte de la confusión se debe a su parecido visual con las bacterias. También son organismos unicelulares con una estructura celular básica. Pero un examen más detallado revela que muchos de sus genes son más parecidos a la vida compleja, como los animales. Muchas arqueas viven en los entornos más extremos del planeta, incluyendo lugares increíblemente salados, calientes, ácidos o radiactivos. Incluso en las aguas termales de Yellowstone, estas criaturas prosperan. Tienen el récord de temperatura más alta tolerada, con 266 grados Fahrenheit (130 grados Celsius), y algunas investigaciones sugieren que podrían tolerar hasta 302 grados Fahrenheit (150 grados Celsius). Algunas arqueas pueden soportar entornos con un 35 por ciento de sal, lo que resulta sorprendente si se tiene en cuenta que el agua del océano sólo tiene un 3,5 por ciento de sal.


Como las primeras arqueas descubiertas se encontraron en ambientes extremos, inicialmente se clasificaron como "extremófilas". Sin embargo, ahora se sabe que viven en todas partes, en lugares tan dispares como el fondo del océano o el intestino de una vaca. Alrededor del 40% de los microbios que viven en el océano son arqueas. Algunos son lo suficientemente grandes como para verlos a simple vista, como una especie que crece en alfombras blancas y filamentosas en las raíces de los manglares de las Indias Occidentales, aunque la mayoría son microscópicos. Algunas viven asociadas a corales, esponjas y peces, mientras que otras, como la Thaumarchaeota, son una presencia dominante que flota en la columna de agua como plancton diminuto.


Virus

Un virus llamado cianófago que ataca a las cianobacterias. La barra indica una escala de 100 nm. (Bin Ni, Chisholm Lab, MIT)


Puede parecer una afirmación descabellada, pero vivimos en un mundo dominado por los virus. Hay más de 1030 virus en el océano, una cifra tan elevada que supera en unos mil millones de veces el número de estrellas del universo conocido.


Un virus es un agente infeccioso que debe ocupar una célula huésped (como una bacteria) para replicarse. Su anatomía básica incluye una carcasa proteica llamada cápside que contiene su material genético, que es ADN o ARN. Los virus que infectan bacterias y arqueas se denominan fagos. Algunos virus también tienen una membrana llamada envoltura que recubre el interior o el exterior de la cápside. Al infectar un huésped, un virus secuestra la maquinaria reproductiva de la célula, que se convierte en una fábrica de replicación de virus. La capacidad de replicarse suele considerarse una característica definitoria de la vida, por lo que los científicos suelen debatir si los virus pueden considerarse vivos.

Los virus que existen en el océano suelen infectar a huéspedes específicos, por lo que cuando las comunidades bacterianas cambian, también lo hacen los tipos de virus presentes en el océano. En general, las tasas de infección son mayores en la parte de la columna de agua iluminada por el sol. El proclorococo es una bacteria fotosintética especialmente propensa a la infección, por lo que cuando hay altos niveles de proclorococo en el agua, el número de virus también es elevado.


Protistas

Se trata de una mezcla de protistas unicelulares: diatomeas, dinoflagelados, radiolarios y foraminíferos. (Christian Sardet, Plankton - Wonders of the Drifting World, Univ. Chicago Press 2015)


Algunos microbios son unicelulares, pero contienen la misma maquinaria interna (llamada orgánulos) que los organismos multicelulares más complejos, como las plantas y los animales. Estos organismos se clasifican como protistas y pueden tener características similares a las de las plantas, los animales o ambos. Algunos obtienen la energía de sus cloroplastos, los orgánulos responsables de la fotosíntesis, y se consideran microalgas, mientras que otros tienen colas batientes llamadas flagelos que utilizan para impulsarse por el agua en busca de bacterias y otros protistas más pequeños que engullen e ingieren. Un tipo de protista, llamado choanoflagelado, lanza el agua a través de una franja de 30 a 40 pelos con un flagelo para atrapar las bacterias, y un dinoflagelado llamado Pfiesteria piscicida ("asesino de peces") utiliza un tubo de alimentación para succionar el líquido del tejido de los peces, un acto que puede matarlos. Otros pueden hacer la fotosíntesis y consumir presas.


Aunque son pequeños, los protistas pueden tener un impacto dramático en los ecosistemas. Muchos pueden aumentar rápidamente su número hasta formar floraciones de algas tóxicas, mientras que otros son depredadores tan voraces que mantienen controlado el número de bacterias. Los corales dependen de sus zooxantelas simbióticas, un tipo de protista llamado dinoflagelado, para abastecerse de alimento y, en algunas zonas tropicales del mundo, el agua brilla de color azul-verde o rojo gracias a los protistas bioluminiscentes. A pesar de su importancia, los protistas son algunos de los microbios menos conocidos del océano.


Hongos

Estas rocas de Escocia albergan líquenes marinos, algo que parece un solo organismo pero que en realidad es una relación simbiótica entre hongos y algas. Las bandas representan diferentes tipos de líquenes adaptados a distintas distancias de la línea de marea. (Wikimedia Commons)


Los mohos, las levaduras, los hongos y las setas constituyen un grupo increíblemente diverso de hongos en tierra, pero en el océano son comparativamente difíciles de encontrar. La mayoría de los hongos marinos están asociados a la descomposición de material vegetal y pueden encontrarse en marismas, sedimentos de aguas profundas y bosques de manglares, aunque también se encuentran en el lodo cercano a la costa, en los tractos digestivos de los animales, en las fuentes hidrotermales de aguas profundas y en las algas y los corales. Aunque normalmente se encuentran en aguas poco profundas, el hongo Rhodotoula fue descubierto a 11.000 metros de profundidad en la Fosa de las Marianas. Otros hongos viven como parásitos dentro de las plantas marinas, las algas y los animales.

Es difícil estudiar los hongos extremadamente pequeños en sus entornos marinos preferidos, donde los nutrientes son abundantes, pero desempeñan importantes funciones en el ecosistema, desde el reciclaje de nutrientes hasta la infección de especies más grandes, como el coral o la langosta.


Relaciones ecológicas

En La red alimentaria: El bucle microbiano


Durante gran parte de la historia, los científicos entendían que la red alimentaria del océano estaba formada por productores, como las plantas y las algas, y consumidores, como los peces y los mamíferos. Esencialmente, cosas grandes comiendo cosas pequeñas. Pero esto dejaba fuera una pieza integral del rompecabezas de la red alimentaria. Invisibles a simple vista, los microbios no se consideraban importantes.


Pero esto está muy lejos de la realidad. Los microbios contribuyen a la red alimentaria del océano a través del bucle microbiano, un proceso en el que los microbios reciclan los desechos de otros organismos y devuelven a la red alimentaria tanto los recursos como la energía restante en esos desechos. Los microbios absorben o se "alimentan" de los restos microscópicos de los organismos muertos y sus productos de desecho, material que de otro modo se acumularía y contaminaría el océano. Cuando otras criaturas se alimentan de los microbios, transmiten esa energía y esos recursos a la cadena alimentaria.



La parte microbiana de la cadena alimentaria es un mundo de criaturas de aspecto extraño. Las bacterias son consumidas por unas criaturas llamadas nanoflagelados, diminutos orbes con una o dos colas y a veces una falda. Esos nanoflagelados son luego engullidos por criaturas algo más grandes llamadas ciliados, depredadores amorfos con pelos que cubren su cuerpo. Sólo ahora aparecen organismos lo suficientemente grandes como para verlos a simple vista. Los copépodos, crustáceos parecidos a bichos, y otro zooplancton se alimentan de los ciliados y son la principal fuente de alimento de los peces pequeños.


Este bucle microbiano es el que mantiene el océano limpio y despejado. Sin los microbios, el océano sería un páramo.


El aroma del mar

El azufre no sólo se utiliza como fuente de energía, sino también como un tipo de defensa química. Al descomponer los compuestos químicos producidos por el fitoplancton, las bacterias liberan a la atmósfera el aromático sulfato de dimetilo (DMS). En pequeñas dosis, el DMS produce un sutil aroma, que para muchas personas es el agradable pero salado y picante olor del mar, sin embargo, las dosis concentradas de una floración de algas provocan un olor desagradable.


Muchas especies de algas son inmóviles y, por lo tanto, deben fortificarse fuertemente contra lo que les llegue. Si una ola de frío atraviesa el lugar donde viven, no pueden simplemente levantarse y salir en busca de aguas más cálidas. Tampoco pueden marcharse si un banco de voraces depredadores se acerca nadando. En cambio, pueden producir una miríada de sustancias químicas protectoras que actúan como un insecticida o un anticongelante. Una sustancia química especialmente popular producida por las algas marinas se llama dimetilsulfoniopropionato. Los científicos lo llaman DMSP. Aunque el uso exacto de este producto químico rico en azufre sigue siendo un misterio, los científicos suponen que puede ayudar a disuadir a los depredadores, evitar las infecciones virales, proteger contra la radiación ultravioleta, regular la salinidad y la temperatura, y posiblemente actuar como anticongelante.


La espuma burbujeante de esta foto fue creada por un microbio que descompone el DMSP. En este proceso se libera un gas, y cuando hay suficientes microbios se forma la espuma. (Wikimedia Commons)


Las algas crean una gran cantidad de DMSP, hasta 6 x 107 gigatoneladas anuales. La mayoría de las algas no pueden descomponer el DMSP y, cuando producen esta sustancia química, también retienen grandes cantidades de azufre. Estas algas han creado un gran enigma: necesitan el azufre para fabricar proteínas?. Aquí es donde entran en juego los microbios. Las bacterias contienen enzimas especiales que convierten el DMSP en formas utilizables de azufre. Hasta el 90% del DMSP producido por las algas es convertido en azufre consumible por las bacterias. El 10% restante se convierte en DMS, una sustancia extremadamente volátil que flota en la atmósfera en forma de gas y es la fuente del olor a aerosol marino. Un alga microscópica llamada Phaeocystis es una productora de DMSP especialmente prolífica que también puede transformar la sustancia química en DMS. Una floración de Phaeocystis puede causar un aumento de 10 a 100 veces de DMS atmosférico en comparación con la cantidad media encontrada cerca del océano abierto.


El olor del DMS es un poderoso reclamo para las aves marinas. Los albatros, las pardelas y los petreles tienen un agudo sentido del olfato y siguen el olor de una floración de fitoplancton porque promete sabrosos krill y peces que se alimentan de las algas. El DMS en la atmósfera también puede provocar la formación de nubes. Para que se forme una nube, las gotas de agua deben condensarse en trozos de partículas flotantes, como el polvo, el hollín de los incendios, las cenizas volcánicas, los gases de escape de los coches o el DMS. Dado que la formación de nubes ayuda a bloquear y repeler la radiación solar de la Tierra hacia el espacio exterior, la producción de DMS por parte de las bacterias actúa como un regulador potencial de la temperatura de la Tierra. Un mundo con más fitoplancton, y por tanto más DMS, podría tener un pequeño efecto de enfriamiento en el globo.


Relaciones simbióticas

Los microbios viven en comunidades y dependen unos de otros para vivir. Dentro de la comunidad, los tipos individuales de microbios pueden tener funciones que apoyan el bienestar general del grupo. Por ejemplo, la descomposición es un proceso en el que los microbios descomponen a los organismos muertos para obtener el carbono encerrado (véase la sección "Los microbios como motores metabólicos"). Esto requiere múltiples pasos, por lo que a veces los microbios viven juntos y se especializan, es decir, cada especie individual lleva a cabo un paso del proceso de descomposición. En otro ejemplo, los microbios pueden alterar el entorno para convertirlo en un lugar mejor para vivir. Una bacteria es capaz de segregar un ácido para que el entorno tenga la acidez (pH) correcta para que otros se unan. Los científicos sólo están arañando la superficie cuando se trata de comprender cómo interactúan los microbios entre sí, y este ámbito de investigación seguramente revelará algunas relaciones interesantes en un futuro próximo.


Aunque la mayoría de las relaciones simbióticas son entre microbios, en algunos casos los microbios se emparejan con un organismo mayor. Estas relaciones microbianas conforman un microbioma.


Los gusanos zombi (Osedax roseus) devoran los huesos de una ballena muerta que ha caído al fondo del mar. (Yoshihiro Fujiwara/JAMSTEC)