Las bacterias de agua dulce con genomas pequeños frecuentemente atraviesan períodos prolongados de estancamiento adaptativo. Basándose en análisis genómicos de muestras del lago de Zúrich y otros lagos europeos, investigadores de la Universidad de Zúrich han descubierto estrategias evolutivas específicas que dan forma a los estilos de vida de estas bacterias. Comprender la dinámica evolutiva de las comunidades microbianas acuáticas es clave para salvaguardar los servicios de los ecosistemas.
Los recursos de agua dulce son limitados y representan sólo el 3,5% del agua de la Tierra, y sólo el 0,25% es accesible en la superficie. Sin embargo, los lagos de agua dulce son esenciales para el funcionamiento de los ecosistemas y el ciclo global del carbono debido a su alta productividad biológica y actividad microbiana. Son fundamentales para la supervivencia humana, ya que proporcionan agua potable y apoyan la agricultura, la pesca y la recreación. Sin embargo, el cambio climático (en particular el aumento de las temperaturas) amenaza estos hábitats al alterar las comunidades microbianas que son esenciales para el ciclo de los nutrientes y el mantenimiento de la calidad del agua.
"Teniendo en cuenta los papeles esenciales que desempeñan las especies bacterianas en ambientes de agua dulce y sus funciones ecológicas vitales, comprender su capacidad de adaptación a las condiciones ambientales cambiantes es crucial para la resiliencia de los ecosistemas y la gestión sostenible de los recursos", dice Adrian-Stefan Andrei. Es jefe del Laboratorio de Evogenómica Microbiana del Departamento de Biología Vegetal y Microbiana de la Universidad de Zurich (UZH).
Su equipo de investigación analizó series temporales de muestras de cinco lagos europeos de agua dulce, recolectadas entre 2015 y 2019:el lago Zurich, el lago Thun y el lago Constanza en Suiza, junto con el embalse de Římov y el estanque Jiřická en la República Checa. Los hallazgos se publican en la revista Nature Communications. .
"Aunque la adaptación a nichos es el principal mecanismo evolutivo que impulsa la diversificación de la población y la aparición de nuevas especies, nuestros resultados muestran sorprendentemente que muchas bacterias abundantes de agua dulce con genomas pequeños a menudo experimentan períodos prolongados de estancamiento adaptativo", dice Andrei.
Este estancamiento de los procesos adaptativos desafía la expectativa convencional de que las especies microbianas pueden adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes.
"Dadas las funciones vitales que desempeñan estas comunidades microbianas en los sistemas de agua dulce, nuestro estudio subraya la importancia de comprender los límites de la adaptabilidad bacteriana", añade el investigador.
Proteínas secretadas como indicadores de adaptación evolutiva
Las bacterias se adaptan a su entorno utilizando proteínas especializadas, que pueden secretarse al medio circundante o unirse a sus membranas celulares. Estas proteínas desempeñan funciones cruciales en la absorción de nutrientes, la comunicación interbacteriana y la detección y respuesta a estímulos ambientales. La adaptabilidad de las bacterias generalmente depende de la diversidad genética dentro de los genes que codifican estas proteínas.
Sin embargo, los investigadores ahora muestran que en abundantes bacterias de agua dulce con tamaños de genoma reducidos, hay sorprendentemente poca variación en estos genes, lo que indica una fase de estancamiento adaptativo. Por lo tanto, estas bacterias pueden enfrentar desafíos para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes.
"Nuestras observaciones sugieren que estas bacterias probablemente hayan alcanzado picos de aptitud física al alcanzar estructuras proteicas y niveles de actividad ideales", dice Andrei.
Sus proteomas ya han alcanzado un estado óptimo a lo largo de la evolución, donde nuevos cambios importantes no son ventajosos ni necesarios para que los organismos sobrevivan y se adapten a sus nichos actuales. Esta inflexibilidad inherente limita la capacidad de estos organismos para explorar nuevas variaciones genéticas y adaptarse eficazmente a condiciones ambientales dinámicas.
"Este conocimiento es crucial a medida que navegamos por los crecientes impactos del cambio climático, que amenaza significativamente los hábitats de agua dulce, entornos especialmente susceptibles a los cambios antropogénicos", concluye Andrei.
Más información: Lucas Serra Moncadas et al, Las bacterias de agua dulce con genoma reducido exhiben episodios generalizados de estasis adaptativa, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47767-7
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Zurich
