Una diversidad asombrosa se esconde debajo de la superficie del océano, donde pequeños microbios trabajan afanosamente; transformar el dióxido de carbono de la atmósfera en oxígeno, convertir la luz solar en energía, y descomponer el gas nitrógeno para servir como alimento. La investigadora del Centro de Ciencias Ambientales de la Universidad de Maryland, Victoria Coles, y su equipo han desarrollado una nueva herramienta que mejora nuestra comprensión de cómo estos microbios mantienen esta compleja química oceánica.

El nuevo modelo, publicado hoy en Ciencias , simula el impacto de las actividades microbianas en la química en el Atlántico Norte y sugiere que la evolución de una función metabólica en lugar de la evolución de una especie individual da forma al océano tal como lo conocemos. Es el primer modelo que realmente predice genes y transcripción en todo el océano.

"El modelo sugiere que no es la evolución de las especies sino más bien la evolución de los metabolismos microbianos lo que establece nuestra química oceánica actual, "dijo Victoria Coles, profesor asociado en el Laboratorio Horn Point del Centro de Ciencias Ambientales de la Universidad de Maryland.

Los microbios son como máquinas invisibles que juntas realizan las transformaciones bioquímicas que mantienen el equilibrio y la función del océano. El océano puede estar habitado por hasta 170, 000 especies microbianas diferentes, pero no sabemos casi nada sobre las funciones de la mayoría. Sin embargo, todos trabajan juntos para hacer que el océano funcione como lo conocemos.

"La mayoría de los microbios no podemos llevarlos al laboratorio y conocerlos porque no sabemos cómo cultivarlos, ", dijo Coles." ¿Cómo captura un modelo especies que aún no conocemos y que no podemos cultivar? Decidimos comenzar con la menor cantidad de procesos metabólicos diferentes que pueden realizar los microbios. Hacemos organismos modelo sintéticos con diferentes funciones y los arrojamos todos al océano modelo. Luego observamos cómo lo resuelven y comparamos los genes y las transcripciones de la comunidad pronosticados con las observaciones directas ".

Es como una ciudad SIM para construir tu propio mundo, pero para microbios. Junte una amplia diversidad de personajes en un grupo y los atributos que desea que tengan, y mira lo que pasa.

"O ganan o pierden. Algunos no funcionan. Si uno muere, agregamos otro, ", dijo." Esto nos da la capacidad en nuestro modelo de adaptarnos a las condiciones ambientales como la contaminación por nutrientes o el cambio climático ".

Coles dijo que los investigadores ejecutaron este nuevo modelo muchas veces con diferentes microbios, y cada vez establecieron los mismos patrones básicos de bioquímica en el océano. Descubrieron que la función de los genes, influenciado por las condiciones ambientales locales en lugar de las especies de microbios, impulsa las reacciones y procesos bioquímicos en el modelo. En otras palabras, la biblioteca de funciones genéticas disponible para la comunidad, en lugar de la distribución de funciones entre organismos específicos, influye en la biogeoquímica del océano.

"Todos los océanos modelo que creamos nos dan algo que se parece al océano de hoy, ", dijo." Cada comunidad es realmente diferente al final del modelo, pero están haciendo lo mismo. No se trata tanto de especies específicas como del proceso. Todos los microbios operan juntos para llegar al medio ambiente que observamos ".

Por ejemplo, el proceso de fijación de nitrógeno, tomar nitrógeno gas que se ha disuelto en el océano y convertirlo en fertilizante, puede ser realizado por plantas como las diatomeas que trabajan junto con cianobacterias o por cianobacterias solas, pero también por bacterias que no son plantas y obtienen energía de compuestos orgánicos. Cada uno de estos son organismos totalmente diferentes con diferentes linajes que realizan la misma función metabólica.

"Los modelos que usamos hoy para comprender el cambio climático se basan fundamentalmente en microbios comunes en el océano actual. No incluyen microbios raros que podrían volverse comunes en el futuro". ", dijo." Si el entorno oceánico cambia, este modelo tiene la capacidad de cambiar y adaptarse, por lo que podríamos obtener mejores predicciones sobre cómo podría cambiar la biogeoquímica de los océanos ".

El estudio "Biogeoquímica oceánica modelada con genómica emergente basada en rasgos, "fue publicado en la edición del 1 de diciembre de Science.