En los océanos del mundo los microbios capturan la energía solar, catalizar transformaciones biogeoquímicas clave de elementos importantes, producir y consumir gases de efecto invernadero, y comprenden la base de la red alimentaria marina. Los ecologistas microbianos que trabajan en el laboratorio de Sonya Dyhrman en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty se esfuerzan por comprender los procesos del ecosistema de los océanos mediante el estudio de una multitud de criaturas, la mayoría demasiado pequeña para que la vea el ojo humano. Estos son los diminutos microbios llamados fitoplancton que viven debajo de la superficie del océano. tomando dióxido de carbono, luz solar y nutrientes para producir oxígeno. Ese oxígeno es esencial para la supervivencia humana.

"Uno de los lemas de nuestro laboratorio es 'respira, gracias a un fitoplancton, '", dijo el investigador Matthew Harke. Diatomeas, un tipo de fitoplancton microscópico, se estima que producen una quinta parte del oxígeno que respiramos.

"El mundo microbiano invisible sustenta la pesca, clima, y la función misma de los ecosistemas oceánicos, y queremos saber cómo van a cambiar esos ecosistemas en el futuro, "explica Dyhrman.

Entre las preguntas que impulsan al equipo de Dyhrman está:¿cómo sobreviven y prosperan estas importantes diatomeas en condiciones difíciles? Un nuevo estudio escrito por Harke y miembros del equipo de Dyhrman publicado hoy en ISME arroja luz.

"Según esta última investigación, probablemente deberíamos cambiar el lema de nuestro laboratorio a 'tomar un respiro, gracias al fitoplancton y a sus amigos, '", dijo Harke. Su descubrimiento caracteriza una relación simbiótica entre las diatomeas y las bacterias." Teníamos la sensación de que esta relación amistosa era fundamental para el éxito de las diatomeas, pero su relación no estaba caracterizada en gran medida, "dijo Harke.

La investigación de Harke y el equipo describe una función similar a la de la digestión humana.

"Sabemos que el microbioma humano es de vital importancia para nuestra salud; ¡no podríamos digerir nuestros almuerzos sin las muchas bacterias útiles que viven con nosotros! Con mi investigación, estamos demostrando que el fitoplancton también depende de asociaciones bacterianas útiles, "dijo Harke.

Los organismos microscópicos que el equipo estaba interesado incluían una diatomea y su pareja cianobacteria fijadora de nitrógeno simbiótica. Debido a que estos organismos son muy difíciles de cultivar en el laboratorio, el equipo de Dyhrman tuvo que navegar hasta el medio del Océano Pacífico, a cientos de millas de la costa de Hawái, para encontrarlos. Esta es una gran región del océano atrapada por las corrientes conocidas como el giro subtropical del Pacífico norte (NPSG). Esta agua secuestrada forma un ecosistema que tiende a tener pocos recursos, como nitrógeno y fósforo. Es una especie de desierto oceánico en comparación con los ecosistemas costeros que son ricos en nutrientes. Aquí, el laboratorio Dyhrman ha estado participando en un esfuerzo colaborativo conocido como la Colaboración Simons sobre Procesos Oceánicos y Ecología, o ALCANCE. El estudio, financiado por una subvención de varios millones de dólares proporcionada por la Fundación Simons, involucra a socios científicos de todo el mundo. El equipo examinó miles de litros de agua de mar, que recolectaron durante cuatro días en julio de 2015.

"Porque son microscópicos, utilizamos herramientas moleculares para explorar estas interacciones. Del agua filtrada, secuenciamos todos los genes que se activaron y desactivaron mediante esta asociación y usamos supercomputadoras para reconstruir cómo se entrelazaban sus metabolismos durante los ciclos de día y noche, "explicó Harke.

En tono rimbombante, la investigación sugiere que estos "amigos" pueden ayudar a las diatomeas a sobrevivir a las duras condiciones de los océanos abiertos donde los nutrientes de las plantas son escasos. Por ejemplo, la investigación fue testigo de patrones de expresión genética compartidos indicativos de compartir los recursos necesarios para el crecimiento. El "amigo" de la diatomea en esta asociación es capaz de capturar gas nitrógeno y convertirlo en una forma utilizable, alimentar a las diatomeas con nitrógeno muy necesario a cambio de protección (las diatomeas tienen una cáscara similar al vidrio) y carbono. La investigación también encontró evidencia genética de cómo los dos organismos permanecen juntos y se reproducen.

"Con este estudio, hemos proporcionado una nueva visión de cómo funciona esta asociación, proporcionar información sobre una línea de base que necesitaremos estudiar para predecir qué esperar en un océano futuro, ", dijo Harke. El NPSG es uno de los biomas más grandes de la Tierra." A medida que el clima continúa cambiando, Se predice que estos océanos oligotróficos [carentes de nutrientes] se expandirán, probablemente haciendo que estas asociaciones sean más importantes ".