Nuevas especies de fitoplancton marino tienen un simbionte que produce su ‘fertilizante’

El descubrimiento de dos especies nuevas e inusuales de diatomeas (fitoplancton) en aguas hawaianas fue anunciado por un equipo de investigadores de la Universidad de Hawái en Manoa en el Centro de Oceanografía Microbiana: Investigación y Educación (C-MORE) del Departamento de Oceanografía, junto con colaboradores en la Universidad de California Santa Cruz y la Universidad Estatal de California en San Marcos. También se descubrió que los organismos fijan nitrógeno, un proceso crítico que convierte el nitrógeno gaseoso en una forma que respalda la productividad en el océano abierto pobre en nutrientes en el que habitan. Los hallazgos fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza.

Las diatomeas, con sus paredes celulares de patrones intrincados hechas de sílice vítreo, son algunos de los fitoplancton más conocidos y carismáticos. Les va mejor en condiciones ricas en nutrientes. En las aguas del océano abierto, pobres en nutrientes, alrededor de Hawái, las diatomeas luchan por adquirir suficiente nitrógeno para crecer.

Para solucionar este problema, algunas diatomeas han establecido relaciones simbióticas con cianobacterias fijadoras de nitrógeno. Estas cianobacterias endosimbióticas especiales pueden tomar gas nitrógeno disuelto, que es abundante en el agua de mar pero no accesible para las diatomeas, y convertirlo en amoníaco, una forma de nitrógeno que las diatomeas pueden usar fácilmente, pero que por lo demás es extremadamente escaso en el océano abierto. Al albergar las cianobacterias dentro de sus invernaderos, las diatomeas tienen sus propios generadores de nitrógeno personales. Se convierten en un sistema autofertilizante.

Revelando lo casi invisible

«Los oceanógrafos han sabido acerca de estas simbiosis de diatomeas y cianobacterias en aguas alrededor de Hawái durante muchos años, pero las especies que descubrimos son algo bastante diferente», dijo Christopher Schvarcz, investigador de C-MORE y autor principal del estudio.

Los ejemplos más conocidos de este tipo de simbiosis son muy fáciles de detectar bajo el microscopio, porque los hospedadores de diatomeas son grandes células «céntricas» con simetría radial, y las cianobacterias endosimbióticas que viven en su interior forman cadenas de células que emiten un color amarillo anaranjado brillante. brillo fluorescente cuando se ilumina con luz azul.

Las nuevas especies de diatomeas aisladas por Schvarcz son más pequeñas y pertenecen a un linaje diferente con una forma alargada con simetría bilateral. Sus simbiontes también son más pequeños, unicelulares y no brillan bajo la luz fluorescente porque no contienen clorofila, lo que los hace casi invisibles dentro de la diatomea. Esto probablemente explica por qué pasaron desapercibidos durante tanto tiempo. Schvarcz descubrió la nueva especie agregando muestras de agua de mar a un medio de cultivo pobre en nitrógeno en el laboratorio, luego examinó cuidadosamente los cultivos bajo un microscopio durante un período de semanas y meses para ver qué tipo de fitoplancton crecería.

«Los resultados fueron una sorpresa», dijo Grieg Steward, profesor de UH Manoa que trabajó con Schvarcz en el proyecto. «Las nuevas diatomeas están relacionadas con especies que se encuentran en agua dulce. No teníamos idea de que encontraríamos a sus primos prosperando en mar abierto. El trabajo de Chris es un recordatorio importante de cuánto se puede aprender con un poco de paciencia y observación cuidadosa. «

Encontrar patrones inusuales

Otra sorpresa llegó cuando el equipo midió los patrones diarios de fijación de nitrógeno de los cultivos. Las especies que habían sido estudiadas previamente tienden a concentrar su actividad de fijación de nitrógeno durante el día o la noche, pero no en ambos.

«Con estas nuevas especies, encontramos un patrón híbrido inusual», dijo Sam Wilson, investigador de C-MORE que dirigió el esfuerzo para medir las tasas de fijación de nitrógeno de los cultivos utilizando equipos hechos a la medida. «Estas células fijan el nitrógeno a partir de la oscuridad alrededor de la medianoche y continúan durante toda la mañana, la tarde y las primeras horas de la noche. Luego toman un descanso de seis horas alrededor de la puesta del sol. Todavía no sabemos por qué hacen esto, pero encontrar este patrón extraño es emocionante, porque significa que estamos a punto de aprender algo nuevo sobre un proceso antiguo».