El clima primaveral trae condiciones favorables para que las flores y las plantas florezcan en todo el país. La combinación adecuada de temperatura, humedad y luz ayuda a mantener vibrante el mundo verde.
La vida vegetal submarina generalmente responde a estímulos ambientales similares, pero un curioso descubrimiento en el lago Erie alrededor de 2012 llevó a los microbiólogos a estudiar una exhibición no estacional de abundancia invernal. Las floraciones de diatomeas (algas fotosintéticas microscópicas) estaban vivas y bien debajo (y dentro) de la capa de hielo del lago.
"Algunas de las principales formadoras de floraciones de diatomeas de invierno y primavera, como Aulacoseira islandica, tienen una relación simbiótica con bacterias heterótrofas capaces de formar pequeños cristales de hielo, lo que con el tiempo hace que los filamentos de diatomeas se vuelvan flotantes, tal como flotan los cubitos de hielo en su bebida favorita. ", afirmó Brittany Zepernick, investigadora postdoctoral y académica emergente de la SEC en el Departamento de Microbiología de la UT.
Estos "cubos de hielo de diatomeas" flotan hasta la capa de hielo del lago Erie y se incrustan en ella, colocándolos en posición para absorber la luz necesaria para realizar la fotosíntesis durante los meses de invierno. Fue una buena noticia para las diatomeas, que son un componente vital del ecosistema acumulativo en lagos y océanos de todo el mundo
Sin embargo, esta curiosa adaptación se ve amenazada, ya que el aumento de las temperaturas globales ha provocado una disminución generalizada del hielo en los Grandes Lagos, dejando al lago Erie en un estado casi libre de hielo en varios inviernos recientes y dejando a las diatomeas atrapadas en aguas turbias y privadas de luz. En estas nuevas "aguas climáticamente inexploradas", las adaptaciones que beneficiaron a estas diatomeas invernales durante tanto tiempo de repente dejaron de servirles.
Entonces, ¿qué debe hacer una diatomea? Zepernick y sus colegas se dirigieron a las orillas del lago Erie para investigar la evolución de la situación. Con la ayuda de la Guardia Costera de EE. UU. y Canadá, tomaron muestras de las aguas invernales cubiertas de hielo (en 2019) y libres de hielo (en 2020) del lago Erie para aprender cómo respondían las diatomeas a las condiciones ambientales cambiantes. Recientemente publicaron su trabajo en el The ISME Journal. .
Dos géneros principales de diatomeas dominan las floraciones invernales:Aulacoseira islandica y Stephanodiscus spp.
"La abundancia de Stephanodiscus spp. fue aproximadamente un 70 por ciento menor en la columna de agua sin hielo de 2020 en comparación con la columna de agua cubierta de hielo de 2019", dijo Zepernick. "Del mismo modo, la abundancia de Aulacoseira islandica fue alrededor de un 50 por ciento menor en la columna de agua sin hielo en comparación con la columna de agua cubierta de hielo".
Con la capa de hielo en los Grandes Lagos en mínimos históricos (de alrededor del 80 % cubierta de hielo en 2018 y 2019 a solo el 8 % cubierta en 2023), los investigadores esperan que esta tendencia continúe en los inviernos futuros.
El siguiente paso es estudiar cómo esto afecta al lago Erie, que se suma a los otros Grandes Lagos Laurentinos de EE. UU. y Canadá y contiene de forma acumulativa aproximadamente el 20 % del agua dulce del mundo.
"A pesar de la importancia crítica de este sistema, no sabíamos que las floraciones de diatomeas se formaban en los meses de invierno y primavera hasta alrededor de 2012", dijo Zepernick. "Muchos investigadores se han referido a la columna de agua invernal como una 'nueva frontera' o una 'caja negra'. Lo que sí sabemos es que las diatomeas son de vital importancia para los ecosistemas lacustres regionales y el clima global".
Se estima que las diatomeas representan el 20 % del secuestro de carbono y la producción de oxígeno a nivel mundial, desempeñan un papel importante en los ciclos biogeoquímicos globales y representan un componente crítico del ecosistema acuático en los sistemas de agua dulce.
"Por lo tanto, los cambios a gran escala que ya se están produciendo en las comunidades de diatomeas de invierno y primavera en el lago Erie y otros lagos de todo el mundo darán lugar a cambios biológicos y biogeoquímicos a gran escala", afirmó Zepernick.
La luz al final del túnel de hielo podría depender del potencial de adaptación de las diatomeas. El trabajo reciente de Zepernick indica que posiblemente podrían formar grupos con proteínas adhesivas llamadas fasciclinas para "llegar en balsa" a la superficie de las aguas fangosas a través de "ondas submarinas" producidas por el viento, la convección y las corrientes submarinas.
Otra adaptación que Zepernick insinuó fue que las diatomeas podrían aumentar el uso de rodopinas bombeadoras de protones (PPR), proteínas captadoras de luz que contienen retina y que podrían servir como una alternativa a la fotosíntesis clásica. Actualmente está intentando aislar diatomeas de agua dulce de muestras del lago Erie que poseen PPR para crear un sistema modelo de diatomeas de agua dulce-PPR para estudios posteriores. Sus hallazgos podrían ofrecer pistas sobre el próximo movimiento de las diatomeas en un clima que cambia rápidamente.
"Las PPR son un tema candente en la literatura marina, pero sabemos muy poco sobre cómo se aplican estos mecanismos a los sistemas y taxones de agua dulce", dijo. "Estoy interesado en dilucidar los beneficios que las PPR pueden conferir a las diatomeas marinas y de agua dulce frente a una variedad de factores estresantes climáticos emergentes y futuros".
Más información: Brittany N Zepernick et al, La disminución de la capa de hielo va acompañada de respuestas de limitación de luz y cambios en la comunidad de diatomeas de agua dulce, The ISME Journal (2024). DOI:10.1093/ismejo/wrad015
Información de la revista: Revista ISME
Proporcionado por la Universidad de Tennessee en Knoxville
