Investigadores del MIT y de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) han identificado microbios que podrían ayudar a proteger al coral frente a ciertos desequilibrios de nutrientes.
Los microbios tienen biopelículas viscosas que pueden absorber y “eliminar” el nitrógeno del entorno del coral.
Al absorber el exceso de nitrógeno, los microbios podrían impedir la competencia de las algas, protegiendo así el coral que habitan.
Los corales han evolucionado durante milenios para vivir, e incluso prosperar, en aguas con pocos nutrientes. En los arrecifes sanos, el agua suele ser excepcionalmente clara, principalmente porque los corales han encontrado la manera de aprovechar al máximo los pocos recursos que los rodean. Cualquier cambio en estas condiciones puede desequilibrar la salud del coral.
Ahora, investigadores del MIT y de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), en colaboración con oceanógrafos y biólogos marinos de Cuba, han identificado microbios que viven dentro de las biopelículas viscosas de algunas especies de coral y que podrían ayudar a proteger al coral frente a ciertos desequilibrios de nutrientes.
El equipo descubrió que estos microbios pueden absorber y “eliminar” el nitrógeno del entorno del coral. En concentraciones bajas, el nitrógeno puede ser un nutriente esencial para los corales, ya que les aporta energía para crecer. Pero un exceso de nitrógeno, por ejemplo por la filtración de fertilizantes ricos en nitrógeno hacia el océano, puede desencadenar la proliferación de capas de algas. Las algas pueden superar al coral en la competencia por los recursos, dejando los arrecifes estresados y desprovistos de color por el blanqueamiento.
Al absorber el exceso de nitrógeno, los microbios recién identificados podrían impedir la competencia de las algas, actuando así como pequeños protectores del coral que habitan. Mientras que los corales de todo el mundo sufren un estrés y un blanqueamiento generalizados provocados por el calentamiento global, parece que algunas especies han encontrado la forma de protegerse de otras fuentes de estrés relacionadas con el nitrógeno.
“Uno de los aspectos de encontrar estos organismos asociados a los corales es que existe una forma natural en que los corales pueden combatir la influencia antropogénica, al menos en lo que respecta a la disponibilidad de nitrógeno, y eso es algo muy positivo”, afirma Andrew Babbin, profesor asistente Doherty de Utilización del Océano en el Departamento de Ciencias de la Tierra, la Atmósfera y los Planetas del MIT. “Esta podría ser una forma muy natural en que los arrecifes pueden protegerse, al menos hasta cierto punto”.
Babbin y sus colegas, entre los que se encuentran los estudiantes de posgrado del MIT Diana Dumit, Tyler Tamasi, Laura Weber y Sarah Schwartz, han publicado sus hallazgos en la revista ISME Journal.
Análogos de zonas muertas
El grupo de Babbin estudia cómo las comunidades marinas del océano reciclan el nitrógeno, un elemento clave para la vida. El nitrógeno en el océano puede presentarse en diversas formas, como amoníaco, nitrito y nitrato. Babbin ha estado especialmente interesado en estudiar cómo el nitrógeno cicla, o es absorbido, en ambientes anóxicos: regiones del océano con bajo contenido de oxígeno, también conocidas como “zonas muertas”, donde rara vez se encuentran peces y la vida microbiana puede prosperar.
“Los lugares sin suficiente oxígeno para los peces son donde las bacterias empiezan a hacer algo diferente, y eso nos resulta emocionante”, afirma Babbin. “Por ejemplo, pueden empezar a consumir nitrato, lo que luego tiene un impacto en lo productiva que puede llegar a ser una parte específica del agua”.
Las zonas muertas no son las únicas regiones anóxicas del océano donde las bacterias muestran un comportamiento de consumo de nitrógeno. Los entornos con bajo contenido de oxígeno también pueden encontrarse a escalas más pequeñas, como dentro de las biopelículas, la viscosa capa rica en microbios que cubre las superficies marinas, desde los cascos de barcos hundidos hasta los arrecifes de coral.
“Tenemos biopelículas en nuestro interior que permiten que se produzcan distintos procesos anaerobios”, señala Babbin. “Lo mismo ocurre con los corales, que pueden generar una enorme cantidad de mucosidad, que actúa como una barrera de retardo para el oxígeno”.
A pesar de que los corales están cerca de la superficie y al alcance del oxígeno, Babbin se preguntó si la viscosidad del coral serviría para promover “bolsas anóxicas”, es decir, regiones concentradas de bajo oxígeno, donde podrían prosperar las bacterias que consumen nitrato.
Propuso la idea a la microbióloga marina de WHOI Amy Apprill y, en 2017, los investigadores partieron con un equipo científico en una expedición a Cuba, donde Apprill había planeado un estudio de corales en el parque nacional protegido Jardines de la Reina.
“Esta área protegida es uno de los últimos refugios de corales caribeños sanos”, afirma Babbin. “Nuestra esperanza era estudiar una de estas zonas menos afectadas para obtener una referencia básica de la dinámica del ciclo del nitrógeno asociada a los propios corales, lo que nos permitiría comprender qué efecto tendría una perturbación antropogénica en ese sistema”.
Muestreo de los limpiadores
Al explorar los arrecifes, los científicos tomaron pequeñas muestras de especies de coral abundantes en la zona. A bordo del barco, incubaron cada espécimen de coral en su propia agua de mar, junto con un trazador de nitrógeno: una versión ligeramente más pesada de las moléculas que se encuentran de forma natural en el agua de mar.
Llevaron las muestras de vuelta a Cambridge y las analizaron con un espectrómetro de masas para medir cómo cambiaba con el tiempo el equilibrio de las moléculas de nitrógeno. Según el tipo de molécula que se consumía o producía en la muestra, los investigadores podían estimar la velocidad a la que el nitrógeno se reducía y se desnitrificaba, o aumentaba mediante otros procesos metabólicos.
En casi todas las muestras de coral, observaron que las tasas de desnitrificación eran superiores a las de la mayoría de los demás procesos; probablemente algo en el propio coral estaba absorbiendo la molécula.
Los investigadores tomaron muestras con hisopo de la superficie de cada coral y cultivaron las muestras viscosas en placas de Petri, que examinaron en busca de bacterias específicas conocidas por metabolizar el nitrógeno. Este análisis reveló múltiples bacterias que eliminan el nitrógeno, presentes en la mayoría de las muestras de coral.
“Nuestros resultados implicarían que estos organismos, que viven asociados a los corales, tienen la capacidad de limpiar el entorno más inmediato”, afirma Babbin. “Hay algunas especies de coral, como este coral cerebro Diploria, que presentan un ciclo del nitrógeno extremadamente rápido y resultan bastante resistentes, incluso ante un cambio antropogénico, mientras que Acropora, que se encuentra en mal estado en todo el Caribe, muestra muy poco ciclo del nitrógeno. ”
Aún no está claro si los microbios que eliminan el nitrógeno contribuyen directamente a la salud del coral. Los resultados del equipo son la primera evidencia de esta conexión. De cara al futuro, Babbin planea explorar otras partes del océano, como el Pacífico tropical, para comprobar si existen microbios similares en otros corales y en qué medida las bacterias ayudan a preservar a sus huéspedes. Su suposición es que su función es similar a la de los microbios de nuestros propios sistemas.
“Cuanto más estudiamos el microbioma humano, más nos damos cuenta de que los organismos que viven asociados a nosotros sí influyen en nuestra salud”, afirma Babbin. “Exactamente lo mismo ocurre con los arrecifes de coral. Es el microbioma del coral el que define la salud del sistema coralino. Y lo que intentamos hacer es revelar qué metabolismos forman parte de esta red microbiana dentro del sistema coralino”.
Esta investigación contó con el apoyo, en parte, de MIT Sea Grant, la Fundación Simons, los fondos MIT Montrym, Ferry y mTerra, y de Bruce Heflinger ’69, SM ’71, PhD ’80.
