El fitoplancton, constituido por un amplio grupo de microorganismos unicelulares que habitan los sistemas acuáticos, es un elemento clave en el funcionamiento del planeta. En los orígenes de la Tierra, estos organismos fotosintéticos modificaron la composición de la atmósfera, permitiendo la vida tal como hoy la conocemos.
En la actualidad, el fitoplancton es responsable de producir más de la mitad del oxígeno atmosférico y de retirar una cantidad equivalente de CO₂. Este carbono, fijado en forma de compuestos orgánicos, sustenta el funcionamiento de las redes tróficas marinas y dulceacuícolas.
Se estima que en el océano existen entre 4.000 y 5.000 especies de fitoplancton que se agrupan en unas 15 clases principales. Las diatomeas (Bacillariophyceae) son uno de los grupos más relevantes, ya que son más eficientes en la fijación de CO₂ que otras clases de microalgas. Su actividad fotosintética contribuye en más de un 40 % a la fijación de carbono en el océano.
Diminutas casas de cristal en el agua
Las diatomeas viven en casi cualquier ambiente húmedo, incluidas charcas, rocas húmedas, en el hielo antártico o sobre el musgo de su jardín. No obstante, se encuentran más comúnmente en grandes reservorios de agua dulce y salada. Si alguna vez ha tragado agua de algún lago o del mar (¿y quién no?), seguramente habrá consumido algunas desafortunadas diatomeas.
Estos organismos se caracterizan por presentar una pared celular silícea, en lugar de las paredes orgánicas (de celulosa, quitina, etc.) presentes en la mayoría de las especies de fitoplancton. Es decir, ¡viven en una casa de vidrio!
Estas casas de cristal transparente tienen una estructura increíble: se componen de dos conchas llamadas frústulas que encajan entre sí como una caja de zapatos y su tapa.
Las frústulas suelen estar ornamentadas con una gran cantidad de poros, protuberancias y espinas. Además de tener diversas funciones biológicas, como por ejemplo proteger a la célula y condicionar su comportamiento hidrodinámico, estas estructuras nos sirven para identificar las distintas especies de diatomeas: cada una tiene su estilo, su casa decorada de forma singular.
El sexo esporádico de las diatomeas
Cuando las condiciones son propicias, las diatomeas se reproducen rápidamente por simple división generando densas poblaciones de individuos. Sin embargo, tras varios ciclos de este tipo de reproducción asexual, esa frústula rígida comienza a parecer un poco descuidada, deslucida y desfasada. Y las células clonadas son tan pequeñas que sus órganos internos no caben bien y simplemente mueren.
Entonces, ¿cuál es la solución a este callejón evolutivo sin salida? ¡El sexo! Las células necesitan recurrir al sexo para asegurar su subsistencia. Esta fase del ciclo vital es muy esporádica, pero es crítica para la subsistencia de la población a largo plazo.
Ahora bien, una de las cuestiones que se desconocía hasta ahora es cómo se emparejan las diatomeas para su reproducción sexual. Buscar pareja y unirte a ella en un medio tan extenso y dinámico como el océano es una tarea titánica para un organismo que no puede nadar. Entonces, ¿cómo lo consiguen?
En busca de pretendientes afines
Las formas de las diatomeas varían mucho, pero en general pueden clasificarse en dos grupos:
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Céntricas. Tienen una simetría radial y, por tanto, formas redondas.
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Pennadas. Con simetría bilateral y formas alargadas.
Estas últimas son más abundantes. Entre otras características, se diferencian de las céntricas en que necesitan emparejarse físicamente con otros individuos de similar tamaño para reproducirse sexualmente, ya que no liberan gametos que puedan fecundar externamente a otras células.
Sin gametos mótiles y sin poder nadar, no parece fácil encontrarse en el mar…
Ligar en grupo
Un estudio realizado en el IMEDEA (UIB-CSIC) y publicado en la revista PNAS aclara este proceso de emparejamiento. La reproducción sexual suele ocurrir al final de un periodo de gran crecimiento poblacional, cuando la población de diatomeas es muy elevada. Además, es un proceso colectivo y relativamente sincronizado que consta de varias fases.
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En una primera etapa, las células se orientan en vertical y comienzan a hundirse hacia ambientes más profundos y estables. Esta alineación vertical de las células no se había observado en el mar anteriormente. La hemos contemplado por primera vez en la bahía de Palma gracias a la utilización de un instrumento láser sumergible que permite medir las características de las células en su propio ambiente.
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Durante su viaje hacia aguas más profundas y menos turbulentas, las diatomeas se seleccionan en función de tamaño y densidad. Las células más grandes y densas descienden con mayor rapidez mientras que las más pequeñas van quedando rezagadas. Este proceso de selección facilita las interacciones entre individuos de características similares.
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Por último, las inestabilidades hidrodinámicas generadas por el hundimiento colectivo de la población favorecen que las células choquen entre sí. Así pueden emparejarse para iniciar la reproducción sexual.
Y así, hundiéndose, reorientándose, seleccionándose y acercándose, es como las diatomeas pennadas se encuentran en el mar.
Nuestro estudio ha supuesto un gran esfuerzo de experimentación utilizando técnicas innovadoras en laboratorio y observación en el medio marino.
Los resultados del trabajo ayudarán a comprender mejor la dinámica de las proliferaciones de diatomeas y mejorará nuestra comprensión sobre su relevancia en el secuestro y transferencia de CO₂ hacia las zonas profundas del océano y, en consecuencia, sobre su papel como reguladoras del calentamiento global.
*Gotzon Basterretxea, investigador en Ecología Marina, Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA - CSIC - UIB), Universitat de les Illes Balears; Idan Tuval, profesor del área de Mecánica de Fluidos, Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA - CSIC - UIB), Universitat de les Illes Balears y Joan Salvador Font Muñoz, investigador en Ecología Marina, Ifremer
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.