Un conjunto de factores estresantes abióticos plantea múltiples desafíos para la vida marina debido a su amplia influencia en todas las clases de sistemas bioquímicos. Las variaciones de temperatura, presión hidrostática y salinidad tienen el potencial de alterar las estructuras y funciones de todos los sistemas moleculares de los que depende la vida. En un artículo publicado en Marine Life Science &Technology , el profesor Somero se centra principalmente en una clase de efectos estresantes que desafían el rendimiento de todos los tipos de sistemas moleculares grandes:proteínas, ácidos nucleicos y membranas de lipoproteínas.

Los efectos perturbadores de estos factores estresantes a nivel bioquímico a menudo se deben a su potencial para alterar el delicado equilibrio que se necesita entre la estabilidad y la flexibilidad de las estructuras de orden superior de estos grandes sistemas moleculares, que se estabilizan en gran medida por moléculas no covalentes (débiles). enlaces químicos como enlaces de hidrógeno, interacciones iónicas y efectos hidrofóbicos. Es importante destacar que todos los sistemas macromoleculares de una célula deben lograr este equilibrio entre flexibilidad y estabilidad para que la fisiología de un organismo funcione de manera óptima.

Este equilibrio fisiológicamente importante entre la estabilidad y la flexibilidad de la estructura en grandes sistemas moleculares se logra de dos maneras principales. En primer lugar, durante la evolución, las condiciones abióticas a las que se enfrenta un organismo conducen a adaptaciones de base genética en las estabilidades conformacionales de las proteínas y ciertos tipos de ácidos nucleicos, y a diferencias en la composición de los lípidos. Estas adaptaciones intrínsecas denotan que están codificadas en el genoma del organismo. En segundo lugar, estas adaptaciones intrínsecas basadas en secuencias en la estructura macromolecular se complementan con alteraciones en las composiciones químicas (los "contenidos micromoleculares") de las soluciones biológicas que bañan las macromoléculas e influyen en su estabilidad y funciones. Los pequeños solutos orgánicos (osmolitos orgánicos) juegan un papel central en estas respuestas adaptativas. Estas adaptaciones extrínsecas debidas a los osmolitos facilitan la retención de las diferencias evolucionadas en la estabilidad macromolecular en diferentes condiciones ambientales.

El artículo desarrolla un análisis paralelo entre las respuestas adaptativas a dos importantes estresores físicos de los océanos, la temperatura y la presión hidrostática. Para ambos estresores, los cambios adaptativos intrínsecos y extrínsecos son de vital importancia. El análisis se centra en las siguientes dos preguntas para discutir los cambios adaptativos en los sistemas de osmolitos. En primer lugar, ¿varía el poder estabilizador macromolecular de la reserva de osmolitos intracelulares con la temperatura (o presión) de adaptación evolutiva y con la exposición térmica (o presión) reciente de los organismos (efectos de aclimatación)? En segundo lugar, al modular el poder estabilizador de la reserva de osmolitos, ¿los cambios adaptativos implican alteraciones en los tipos de osmolitos utilizados, cambios en sus concentraciones absolutas o relativas, o una combinación de ambas estrategias?

El rango de tolerancia ambiental de una especie puede depender de cuán efectivamente se pueda alterar la composición de osmolitos de su fluido celular frente al estrés. El estudio extrae las siguientes cuatro conclusiones principales:en primer lugar, en la mayoría de los organismos marinos, los osmolitos orgánicos pueden mantener (o restablecer) el equilibrio óptimo de rigidez y flexibilidad macromolecular, que es una clave biológica para el funcionamiento óptimo de las macromoléculas. En segundo lugar, los cambios adaptativos en la composición y concentración de la reserva de osmolitos pueden tener efectos sobre las macromoléculas y los sistemas de biopelículas y desempeñar un papel importante en el establecimiento de la tolerancia ambiental óptima de los organismos. En tercer lugar, los osmolitos estabilizadores varían mucho en la eficacia con la que mejoran la estabilidad de las macromoléculas. En cuarto lugar, la capacidad de los sistemas de osmolitos para afinar el potencial de estabilización de los fluidos celulares frente a los cambios de temperatura (o presión) corporal que se producen en diferentes períodos de tiempo puede ayudar a los organismos a resistir los efectos de los cambios ambientales, en particular los cambios de temperatura que se producen debido a al calentamiento global.

Este artículo no solo ofrece a los biólogos marinos información nueva e importante sobre cómo la vida marina se adapta a los factores estresantes abióticos del mar, sino que estas investigaciones también enseñan a los bioquímicos físicos cosas críticas sobre la física de las interacciones agua-soluto y, para los que tienen mentalidad tecnológica, sugieren nuevas estrategias. para desarrollar soluciones que ayudan en la estabilización y preservación de materiales biológicos.