Adaptándose a niveles elevados de CO2
Floración masiva o agregación en la superficie de Trichodesmium cerca de Nueva Caledonia en el Océano Pacífico tropical, vista por un satélite desde el espacio (las rayas marrones largas son la floración; los objetos blancos son nubes) El fitoplancton clave de la NASA puede adaptarse metabólicamente a niveles altos de dióxido de carbono (CO2) a largo plazo, y esos cambios adaptativos pueden volverse permanentes, según un estudio publicado hoy (1 de septiembre) en Nature Communications. Investigadores de la Universidad del Sur de California (USC) y el Instituto Oceanográfico Woods Hole en Massachusetts cultivaron Trichodesmium erythraeum, una cianobacteria común en los océanos, en niveles de dióxido de carbono que imitaban los niveles atmosféricos proyectados en 2100, aproximadamente el doble los niveles actuales durante cuatro años y medio. Las cianobacterias respondieron con un mayor crecimiento y mayores tasas de fijación de nitrógeno. Cuando regresa a niveles más bajos de CO2, el T. erythraeum no disminuyó sus tasas de crecimiento o fijación de nitrógeno.
«No pudieron» volver a la tasa actual más baja. Ellos…
T. erythraeum está ampliamente distribuido en los océanos del mundo y es importante para la red alimentaria marina porque fija nitrógeno, lo que hace que el elemento esté disponible para otros organismos en el océano. Estudios anteriores habían demostrado que el fitoplancton responde a altos niveles de CO2 con un alto crecimiento y fijación de nitrógeno, pero esos estudios fueron relativamente a corto plazo, con una duración de unas pocas semanas.
Hutchins y sus colegas utilizaron la evolución experimental para estudiar la cianobacteria. bajo una variedad de condiciones ambientales. Es un estudio elegante porque realmente están usando una línea de tiempo que es apropiada para la pregunta y creo que ese matiz de este documento lo diferencia de muchos otros documentos, dijo Ruth Gates, bióloga marina de la Universidad de Hawái que no participó en el estudio. . Hicieron 850 generaciones durante el período de cuatro años. Eso es enorme, son experimentos difíciles de hacer.
Los investigadores encontraron que la T. erythraeum alcanzó la fijación máxima de nitrógeno más tarde en el día después de cinco a nueve horas de exposición inicial a la luz. Los investigadores también observaron que, cuando se restringía un nutriente esencial (fósforo), la T. erythraeum crecieron mejor que sus contrapartes no adaptadas.
El equipo espera entender qué está impulsando estas adaptaciones de las cianobacterias adaptadas con alto contenido de CO2 mediante el estudio de mutaciones y la expresión de proteínas en estas cepas. Queremos saber, mecánicamente, qué está causando esta respuesta evolutiva realmente extraña, dijo Hutchins. Los investigadores también planean examinar el papel que el hierro, otro nutriente limitante clave, puede desempeñar en las adaptaciones metabólicas a niveles elevados de CO2.
Aunque el equipo se centró en un importante cambio previsto en los océanos, Hutchins señaló que el clima global El cambio debido a la actividad humana tendrá una gama mucho más amplia de efectos en el océano.
Elena Litchman, ecologista microbiana de la Universidad Estatal de Michigan, dijo que las temperaturas aumentarán junto con el CO2, y las estructuras de la red alimentaria cambiarán. . Sometieron a la especie a un solo factor estresante, y el futuro océano no será solo un factor estresante. Los estudios evolutivos futuros tendrían que incluir dos factores estresantes que actúen juntos en diferentes direcciones, dijo Litchman, quien no participó en el trabajo.
Hutchins señaló que experimentos evolutivos similares de organismos clave en los sistemas oceánicos y terrestres proporcionarían conocimientos importantes sobre cómo los microbios podrían responder al cambio climático global. Este [microbio] está haciendo algo que nunca podríamos haber predicho, dijo. Hay tantos microbios que impulsan las funciones del ciclo de nutrientes del mundo. ¿Qué pasa con todos estos otros? ¿Van a cosas que son inesperadas en respuesta al cambio antropogénico?
DA Hutchins et al., Fijación de nitrógeno aumentada irreversiblemente en Trichodesmium adaptado experimentalmente a dióxido de carbono elevado, Nature Communications, doi:10.1038/ncomms9155, 2015.
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