Las bacterias pueden ayudar a los investigadores a medir los cambios en la producción de energía del océano.
Esto puede ayudarles a evaluar los ecosistemas en distintos entornos marinos.
Este tipo de información puede ayudarnos a comprender mejor el impacto del cambio climático en ecosistemas complejos.
A bordo del buque de investigación australiano RV Investigator, navegamos durante 63 días desde el borde del hielo antártico hasta el cálido ecuador en el Pacífico Sur y recogimos 387 muestras de agua.
¿Nuestro objetivo? Determinar cómo el código genético de miles de microorganismos diferentes puede aportar información sobre la diversidad funcional del océano: la gama de tareas que realizan las bacterias en el océano.
Nuestra investigación fue publicada ayer en Nature Communications. Mostró cómo las bacterias pueden ayudarnos a medir los cambios en la producción de energía en la base de la red trófica. Estos resultados son importantes, ya que ponen de relieve una oportunidad emergente de utilizar datos genéticos para realizar evaluaciones ecosistémicas a gran escala en distintos entornos marinos.
En vista de nuestro clima, que cambia rápidamente, este tipo de información es fundamental, ya que nos permitirá desentrañar la complejidad de la naturaleza paso a paso. En última instancia, nos ayudará a mitigar las presiones humanas para proteger y restaurar nuestros preciados ecosistemas marinos.
¿Por qué debemos preocuparnos por las bacterias marinas?
Los océanos cubren el 71 % de nuestro planeta y sustentan la vida en la Tierra. En los primeros 100 metros, la parte iluminada por el sol de los océanos, la vida microscópica es abundante. De hecho, es responsable de producir hasta el 50 % de todo el oxígeno del mundo.
Al igual que la relación establecida recientemente entre la salud humana y el microbioma (“flora intestinal”), la salud de los océanos depende en gran medida de sus habitantes bacterianos.
Pero el papel de las bacterias va más allá de la producción de oxígeno. Las bacterias sostienen, inyectan y controlan los flujos de energía, nutrientes y materia orgánica en nuestros océanos. Proporcionan la energía y el alimento para toda la red trófica marina, desde pequeños crustáceos hasta larvas de peces, ballenas y los peces que consumimos.
Estos microorganismos también desempeñan funciones clave en numerosos ciclos biogeoquímicos (los ciclos del carbono, el nitrógeno, el fósforo, el azufre y el hierro, por citar algunos).
Por ello, es importante cuantificar sus diversas tareas y comprender cómo responden las distintas especies bacterianas y sus funciones a los cambios ambientales.
Cuestiones fundamentales
Las iniciativas globales de investigación oceánica — como GO-SHIP y GEOTRACES — llevan décadas midiendo el estado de los océanos en expediciones como la nuestra. Estudian la temperatura, la salinidad, los nutrientes, los metales traza (hierro, cobalto y otros) y otras variables oceánicas esenciales.
Solo recientemente, sin embargo, estos programas han empezado a medir variables biológicas, como los datos genéticos bacterianos, en sus expediciones de muestreo a escala mundial.
Incluir datos genéticos bacterianos para medir el estado del océano significa que podemos intentar colmar lagunas críticas de conocimiento sobre cómo la diversidad de las bacterias influye en sus diversas tareas. Una hipótesis es si una mayor diversidad de bacterias conduce a una mayor resiliencia de un ecosistema, permitiéndole soportar los efectos del cambio climático.
En nuestro artículo, abordamos una cuestión fundamental en este campo global de la ecología microbiana marina: ¿cuál es la relación entre la identidad y la función de las bacterias? En otras palabras, ¿quién hace qué?
Lo que descubrimos
Demostramos que es posible vincular el código genético de las bacterias marinas con las diversas funciones y tareas que realizan, y cuantificar cómo cambiaron estas funciones desde la Antártida hasta el ecuador.
Las funciones que cambiaron incluyen la captación de dióxido de carbono de la atmósfera, el crecimiento bacteriano, las estrategias para hacer frente a la escasez de nutrientes y la descomposición de la materia orgánica.
Otro hallazgo clave es que los “frentes oceanográficos” pueden actuar como fronteras dentro de un océano aparentemente uniforme, lo que da lugar a conjuntos únicos de bacterias con tareas específicas. Los frentes oceanográficos son masas de agua diferenciadas, definidas, por ejemplo, por cambios bruscos de temperatura y salinidad. Donde las aguas se encuentran y se mezclan, hay una gran turbulencia.
El cambio que registramos en la producción de energía a través del frente subtropical, que separa las aguas más frías procedentes del océano Austral de las aguas más cálidas de los trópicos, fue un claro ejemplo de cómo los frentes oceanográficos influyeron en las funciones bacterianas del océano.
Seguimiento de los cambios en nuestros ecosistemas
Como resultado de nuestra investigación, los científicos podrían empezar a utilizar la diversidad funcional de las bacterias como indicador para seguir los cambios en nuestros ecosistemas, como los canarios en una mina de carbón.
Así, la diversidad funcional de las bacterias puede utilizarse para medir cómo el crecimiento humano y la urbanización repercuten en las zonas costeras y los estuarios.
Por ejemplo, podemos medir de forma más precisa y holística la huella ambiental de los corrales de acuicultura, que, como se sabe, afectan a la calidad del agua al aumentar las concentraciones de nutrientes como el carbono, el nitrógeno y el fósforo, todos ellos elementos predilectos de las bacterias.
Asimismo, podemos seguir los cambios en los servicios ambientales que prestan los estuarios, como su importante papel en la eliminación del exceso de nitrógeno que llega a las vías fluviales debido a la escorrentía agrícola y a los residuos urbanos.
Con el 44 % de la población mundial que vive en las costas, se prevé que aumente la entrada de nitrógeno en los ecosistemas marinos, incluidos los estuarios, lo que someterá a presión a la vida marina de esas zonas.
En última instancia, el estudio de la diversidad bacteriana mediante datos genéticos, junto con la posibilidad de predecir lo que esta vida microscópica hace o hará en el futuro, nos ayudará a comprender mejor las complejas interacciones de la naturaleza que sostienen la vida en nuestros océanos.
