Los secretos del éxito evolutivo de las cianobacterias marinas

Podría decirse que, desde un punto de vista ecológico, las cianobacterias marinas inventaron el mundo. La evolución les permitió desarrollar la fotosíntesis, dando lugar a la Gran Oxidación que trajo consigo el aumento de la concentración de oxígeno en la Tierra y el nacimiento de formas de vida más complejas. Y así hasta hoy.

Se trata de los organismos fotosintéticos más abundantes de la Tierra que aun produciendo más del 50% del oxígeno que sostiene la vida, permanecieron ocultos hasta finales del siglo pasado cuando se descubrieron los dos principales géneros: Prochlorococcus y Synechococcus.

Aunque no hay costas en la provincia española de Córdoba, estos organismos llegaron a la Universidad de Córdoba en 1996. Concretamente, al grupo de Adaptaciones en el metabolismo del nitrógeno y el carbono en Prochlorococcus de la Universidad de Córdoba y de la mano del investigador José Manuel García Fernández que volvía de una estancia postdoctoral en Francia. Desde ese momento, el grupo dirigido por el catedrático Jesús Díez Dapena lideró el estudio del metabolismo del nitrógeno que ha permitido a estos organismos adaptarse a situaciones con muy bajas concentraciones de nitrógeno (un elemento esencial para los seres vivos) y colonizar grandes extensiones de los océanos.

Con el objetivo de dibujar la situación actual de la investigación en este campo, acaban de publicar una revisión en la que recogen los descubrimientos realizados desde los inicios del siglo XXI en relación con las adaptaciones del metabolismo del nitrógeno, muchos de ellos producidos desde este grupo de investigación.

Para hacer frente a la escasez de nitrógeno, las cianobacterias marinas se hicieron más pequeñas, para así necesitar menos aporte. "Además, han adaptado muchos aspectos de su metabolismo. Cuando apenas hay nitrógeno sintetizan proteínas muy parecidas las que habría en condiciones normales, pero más pequeñas. Son proteínas más reducidas, que funcionan pero que necesitan menos nitrógeno para su fabricación" explica el autor principal del estudio, Jesús Díez.

De izquierda a derecha, los investigadores José Manuel García, Antonio Lozano, María del Carmen Muñoz, Jesús Díez, Guadalupe Gómez y Yésica Melero. (Foto: UCO)

Además de la búsqueda de alternativas para ahorrar nitrógeno, han aprendido a sobrevivir en lugares en los que las concentraciones del elemento son mínimas: han desarrollado unos sistemas que le permiten detectar y captar nitrato disponible en el océano a concentraciones nanomolares, "unas concentraciones tan bajas en las que diferenciar entre esa cantidad y cero es muy difícil" señala el investigador sobre este avance que realizó su mismo grupo.

En esta línea también descubrieron que la presencia de unas especies u otras del género Prochlorococcus está determinada por las concentraciones y las formas de nitrógeno que hay en las zonas marítimas donde habitan. Es decir, "dependiendo de la concentración y forma de nitrógeno que hay en una zona del océano saldrá adelante una variedad u otra, la que tenga el conjunto de genes que les permite sobrevivir en ese ambiente" aclara Díez.

Todos los avances que se han hecho desde 1996 en este grupo pionero en el campo y en el resto de laboratorios internacionales que buscan conocer más sobre este pulmón de la Tierra se insertan en el contexto de la ecología del planeta, ya que las cianobacterias producen cantidades ingentes de biomasa que sirve de alimento para otros organismos y, además, al producir oxígeno y retirar dióxido de carbono del ambiente, se convierten en una herramienta de mitigación del cambio climático.

Avanzar, por tanto, en su conocimiento es avanzar en la comprensión del pasado y del presente del planeta y asegurar su futuro.

La revisión de resultados de estudios se titula “Regulatory and metabolic adaptations in the nitrogen assimilation of marine picocyanobacteria. Y se ha publicado en la revista académica FEMS Microbiology Reviews. (Fuente: UCO)