Después de todo, los picozoos son algas: estudio

Una micrografía electrónica de barrido del picozoo Picomonas judraskedaMICHAEL MELKONIAN

Los picozoos han desconcertado a los científicos desde su sorprendente descubrimiento hace casi 15 hace años que. Estos microbios comunes distribuidos globalmente son apenas más grandes que las bacterias, pero son miembros del mismo dominio que los animales, los hongos y las plantas, y todo, desde lo que comen hasta dónde encajan en el árbol de la vida eucariota, ha resultado difícil de precisar.  

Ahora, una preimpresión cargada en bioRxiv el 14 de abril afirma haber encontrado en estos desconcertantes microbios un hogar evolutivo. Pero el artículo, que actualmente se encuentra en revisión por pares, sugiere que los picozoos no han sorprendido a los científicos. Si las conclusiones de los autores son correctas, entonces estos microbios son realmente algas, aunque parecen carecer de la característica más notable del grupo: los plástidos, un grupo de orgánulos que incluye a los cloroplastos.

Pequeños organismos, grandes sorpresas

El artículo de Science de 2007 que anunció el descubrimiento de este grupo de plancton sacudió el campo de la ecología microbiana. Todavía recuerdo exactamente dónde estaba cuando leí la primera descripción de estos organismos, dice Fabien Burki, protistólogo molecular de la Universidad de Uppsala en Suecia y autor principal de la preimpresión reciente. En ese momento, era un estudiante de doctorado que trabajaba en la resolución de la estructura general del árbol de la vida eucariota. De repente, había una rama completamente nueva y extraña a considerar.

Inicialmente, los autores del estudio de 2007, dirigido por Linda Medlin del Instituto Alfred Wegener para la Investigación Polar y Marina, llamaron a los organismos picobiliphytes porque parecían ser pequeñas algas que fotosintetizaron usando pigmentos de ficobilina, al igual que algunas algas rojas. Un alga previamente no documentada en sí misma fue sorprendente, dado que las algas son posiblemente el grupo planctónico mejor estudiado, dice Burki; sus colores los han convertido en temas de investigación populares durante cientos de años. Nadie pensó que había grandes linajes de algas esperando ser descubiertas en el siglo XXI, dice. Sin embargo, allí estos organismos fueron pasados por alto porque se deslizaron a través de los filtros de tres micras que a menudo se usan para separar los microbios eucariotas más grandes, como las algas y el zooplancton, de las bacterias.

Una vez que supieron qué buscar, los investigadores detectaron estos microbios en muestras de agua de lugares dispares y en aguas superficiales y profundas del océano, lo que sugiere que están en todas partes.  

En 2011, Michael Sieracki, un oceanógrafo microbiano que en ese momento estaba en el Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas en Maine, y sus colegas descubrieron que las secuencias de genes ribosómicos no ubicaban de manera concluyente a los picozoos con otras algas, y la genómica unicelular no pudo detectar genes fotosintéticos. Confirmando la idea de que los microbios son heterótrofos, un cultivo transitorio de una especie realizado por el equipo de Medlins en 2013 permitió una microscopía detallada, que mostró de manera concluyente que estos plancton son consumidores que no contienen cloroplastos ni plástidos de ningún tipo. Así que se propuso y adoptó el término Picozoapico por su pequeño tamaño y zoa por su estilo de vida animal de comer otros organismos. Todavía se está investigando qué comen, aunque un estudio de Frontiers in Microbiology  de 2020 realizado por Sieracki y sus colegas sugiere que los virus pueden abarcar una gran parte de su dieta.

Aún así, el sufijo fitos denotar la condición de planta en realidad podría ser más apropiado, ya que los datos genómicos de Burki sugieren que son un grupo hermano de las algas rojas y justo en el medio de Archaeplastida, el supergrupo taxonómico de algas y plantas.

Uniendo el picozoo puzzle

Otra micrografía electrónica de barrido de Picomonas judraskedaMICHAEL MELKONIAN

No hay secuencias genómicas de alta calidad para los picozoos. Debido a que no se han establecido cultivos a largo plazo de los organismos, ha sido básicamente imposible obtener el volumen de células puras necesarias para la secuenciación en profundidad, dice Burki. Entonces, él y sus colegas recurrieron a la genómica unicelular, obteniendo 11 genomas de células individuales y seis genomas unidos a partir de múltiples células. Cuando los compararon con genomas eucarióticos microbianos y de algas establecidos, los picozoos se agruparon claramente con los arqueplastos. De hecho, según los análisis filogenéticos, se separaron de sus parientes algas poco después que el ancestro de todas las algas glaucocistidas (Glaucophyta; un grupo de algas unicelulares de agua dulce) y las algas verdes y las plantas terrestres (Chloroplastida). >

Karolina Fukov, psicóloga de la Universidad de Asunción en Massachusetts, le dice a The Scientist que los análisis filogenómicos de los grupos son robustos y sofisticados, pero que no se sorprendería si los análisis futuros terminan en desacuerdo con la ubicación. Las ramas del clado están bien apoyadas, señala, pero las ramas pequeñas, antiguas y diminutas siempre están sujetas a un grado de incertidumbre. Cada filogenia es una hipótesis, por lo que creo que en el futuro la hipótesis puede estar respaldada por datos adicionales, o cambia.

Sieracki, ahora oficial de programa en la Fundación Nacional de Ciencias, también encuentra que el artículo impresionante. Realmente ayuda a poner [los picozoos] en contexto, dice. Y aunque no está de acuerdo con las relaciones evolutivas propuestas por su trabajo anterior, no está muy sorprendido por la ubicación de los grupos no fotosintéticos dentro de Archaeplastida. Las algas y otros eucariotas unicelulares han tenido miles de millones de años para evolucionar y jugar con las estrategias de supervivencia, señala, y toda la idea de planta contra animal es una construcción falsa que ponemos en estos organismos.

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Plastidos de picozoos: ¿perdidos o inexistentes?

Además de los análisis filogenómicos, el grupo de Burkis revisó los genomas en busca de evidencia de que los picozoos alguna vez habían tenido plástidos, pero no encontró ninguno. Aunque eso se alinea con estudios anteriores, sigue siendo un poco sorprendente, dice Burki, porque no tiene precedentes. Una vez que tienes este orgánulo, en realidad es extremadamente difícil perderlo, dice.

Aunque los plástidos son más conocidos por su papel en la fotosíntesis, están involucrados en otros procesos metabólicos esenciales. Producen isoprenoides, por ejemplo, que forman la base de muchos pigmentos, vitaminas, hormonas y moléculas de membrana clave. Algunos de estos se consideran nutrientes esenciales que los organismos sin plástidos obtienen al consumir organismos con plástidos. Los pocos grupos de arqueplastidos que carecen de ellos son parásitos que pueden compensar la pérdida robándoles a sus anfitriones.

Los picozoos parecen ser el único linaje de vida libre de Archaeplastida que se deshizo de estos orgánulos. , según Burki.

Todavía recuerdo exactamente dónde estaba cuando leí la primera descripción de estos organismos.

Fabien Burki, Universidad de Uppsala

Fukov no está muy convencido de que los plástidos o sus restos no estén allí; se sentiría más segura si hubiera más datos de cultivos de los organismos. No tener una cultura, limita lo que puedes hacer y hasta qué punto puedes estudiar a estos bichos, señala. Agrega que tampoco se sorprendería si realmente los perdieran. Ella señala que los científicos realmente no saben mucho sobre la ecología de los organismos que vivieron hace más de mil millones de años; estos orgánulos pueden no haber sido tan esenciales para los primeros organismos portadores de plástidos.

También hay otra opción, quizás más controvertida: que los picozoos nunca tuvieron plástidos en primer lugar.

Al igual que las mitocondrias, los plástidos surgieron a través de la endosimbiosis. En realidad, la hipótesis o paradigma ampliamente aceptado es que se trató de un solo evento, dice Burki. Una población de eucariotas entabló esta relación con una población de bacterias, y eso fue todo.

Si realmente no hay rastro de plástidos en los picozoos, entonces eliminaron hasta el último vestigio, o nunca los tuvieron. Y si nunca los tuvieron, entonces su ancestro común con las algas rojas tampoco los tuvo, lo que significaría que los plástidos deben haberse originado por separado en al menos dos grupos de algas: las algas rojas y todas las demás algas y plantas.  

Basándose en todo lo que ha visto, Burki dice que se inclina hacia la pérdida total de plástidos, a pesar de que lo describe como un evento extremadamente improbable. La alternativa, agrega, sería mucho más emocionante, y los nuevos descubrimientos podrían inclinar la balanza de la evidencia de esa manera. Los científicos apenas han comenzado a secuenciar la diversidad de eucariotas microbianos en el mundo, señala, y los que viven en lugares como lagos son especialmente poco estudiados. Si el trabajo en ellos revelara linajes de algas libres de plástidos adicionales, eso podría fortalecer el caso de múltiples orígenes de plástidos.

Fukov dice que un escenario de origen dual no es imposible. Si hubiera dos eventos endosimbióticos, pero esos endosimbiontes provinieran de cianobacterias muy estrechamente relacionadas, ¿lo sabríamos siquiera? ¿Seríamos capaces de saberlo?