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Comprender el futuro de los océanos a través del fitoplancton

Un proyecto financiado con fondos europeos ha aprovechado los beneficios de la microfluídica para arrojar luz sobre la adaptación del fitoplancton a la limitación de nutrientes.

Cambio climático y medio ambiente

Los océanos ocupan el 71 % de la superficie del planeta y contienen aproximadamente el 97 % de toda el agua de la Tierra. Mitigan los fenómenos meteorológicos extremos, generan oxígeno, desempeñan un papel decisivo en la seguridad alimentaria y almacenan el CO2 excedente. A lo largo de los últimos decenios, han sido los más castigados por el cambio climático, que ha tenido como resultado una menor salinidad, una mayor acidez y un mayor calentamiento. El cambio climático de los últimos decenios ha causado importantes modificaciones ambientales que pueden reducir la disponibilidad de nutrientes para el fitoplancton, los organismos microscópicos que viven en la superficie del océano. A su vez, esto tiene un impacto en las comunidades de especies y en la estructura de los nichos ecológicos. El fitoplancton, formado por células autótrofas, desempeña un papel esencial en la producción biológica de los océanos y es responsable de aproximadamente el 40 % de la fijación del carbono inorgánico de la Tierra. El aumento del número de áreas con una concentración escasa de fitoplancton en el futuro modificará radicalmente el ciclo del carbono del planeta.

Un análisis más detallado del fitoplancton

El proyecto MAPAPAIMA, financiado con fondos europeos y realizado con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), se propuso investigar cómo puede adaptarse el fitoplancton a unas condiciones con limitación de nutrientes para sobrevivir. «Esto puede ayudarnos a comprender el futuro de la comunidad del fitoplancton, los océanos y la fijación de CO2 en la Tierra», explica Mathias Girault, beneficiario de una beca de investigación individual MSCA. A lo que añade: «Nuestra investigación se centró en un mecanismo de adaptación concreto que es fundamental para la supervivencia de numerosos organismos del fitoplancton que viven en entornos con poca disponibilidad de fosfato. En este mecanismo participa una enzima extracelular, la fosfatasa alcalina». Esta enzima usa materia orgánica disuelta para ayudar a diversificar las fuentes de fósforo del fitoplancton, lo que garantiza que tenga más posibilidades de sobrevivir cuando escasee el suministro de este nutriente.

Una nueva plataforma microfluídica

«El principal logro del proyecto fue el desarrollo de una plataforma microfluídica y un laboratorio en un chip innovadores y completos capaces de medir satisfactoriamente la actividad de la fosfatasa alcalina (AFA) en células individuales», comenta Girault. La plataforma consta de una serie de algoritmos de procesamiento de imágenes para detectar las células objetivo y ordenar gotas, así como de un sistema autónomo de análisis de imágenes. Puede ayudar a revelar qué especies liberan fosfatasa alcalina, en qué medida y cómo se pueden usar las futuras predicciones sobre las condiciones ambientales para modificar esta actividad enzimática. Girault añade: «Gracias a nuestro método analítico, fuimos capaces de comparar, por primera vez, la AFA del fitoplancton revivificado a partir de un núcleo de sedimentos para investigar la evolución y la adaptación en la expresión de la AFA en función del tiempo». El equipo del proyecto descubrió variaciones inter- e intraespecíficas de la AFA, lo que sugiere que, en cincuenta años, puede que dos especies diferentes de fitoplancton hayan experimentado una evolución adaptativa parecida a fin de hacer frente a los cambios ambientales y ganar una ventaja ecológica.

Consideraciones para futuras investigaciones

Los resultados del proyecto representan un primer paso para detectar la adaptación del fitoplancton a la limitación de nutrientes. Al comentar qué puede ser lo siguiente, Girault apunta que, como ya se ha desarrollado un sistema microfluídico completo, sería interesante tener una visión detallada de la adaptación del fitoplancton a la limitación de nutrientes a lo largo del tiempo. Por ejemplo, usando algún fitoplancton revivificado de una capa sedimentaria más profunda. «Además, sería interesante revivir células más recientes de fitoplancton para detectar los efectos de las descargas de nutrientes realizadas por el ser humano sobre la capacidad metabólica de las células de fitoplancton», concluye Girault.

Palabras clave

MAPAPAIMA, fitoplancton, océano, fosfatasa alcalina, plataforma microfluídica, célula individual

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