Las diatomeas («las joyas del océano») revelan el pasado y el futuro del clima
Las diatomeas constituyen el grupo más diverso y abundante de plantas microscópicas que integran el fitoplancton. Chris Bowler(se abrirá en una nueva ventana), del instituto de investigación IBENS(se abrirá en una nueva ventana), señala que, pese a su tamaño diminuto, las diatomeas son responsables de una quinta parte de la fotosíntesis del planeta, una contribución equivalente a la de todas las selvas tropicales. Su rasgo más distintivo es una pared celular de sílice vítrea y una extraordinaria diversidad de formas y tamaños, comparable a la de auténticas joyas. Cada especie presenta una adaptación extremadamente precisa a condiciones ambientales específicas; por ello, las diatomeas proporcionan información valiosa sobre la adaptación al cambio climático. «Aunque ya se conocía su importancia para los ecosistemas oceánicos, no se disponía de una visión de conjunto suficientemente precisa sobre su diversidad y abundancia a escala mundial en comparación con otros grupos de fitoplancton», explica Chris Bowler, coordinador del proyecto DIATOMIC, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana). Para crear esa visión de conjunto, Bowler recurrió a la base de datos Tara Ocean(se abrirá en una nueva ventana), obtenida a partir de una campaña mundial de muestreo que se prolongó durante cuatro años y en cuya coordinación participó. «Este conjunto de datos se ha convertido en el referente internacional de la genómica oceánica. Ha permitido la publicación de miles de artículos científicos y constituye el primer recurso de este tipo que facilita el estudio de la distribución del plancton y de sus adaptaciones evolutivas», comenta Bowler.
Desarrollo de métodos para extraer ADN de sedimentos marinos antiguos
Tara Ocean elaboró una base de datos con 40 000 muestras de plancton, recolectadas desde la superficie del océano hasta profundidades de 1 000 m. Estas muestras se pueden analizar con métodos estandarizados como, por ejemplo, la secuenciación genética y la microscopía. El equipo del proyecto DIATOMIC se propuso llevar a cabo un censo de la diversidad y abundancia de las diatomeas en los océanos y utilizarlo para investigar los cambios históricos en las comunidades de diatomeas frente a variaciones ambientales, como las ocurridas durante la última glaciación. «Estamos intentando pillar a la evolución “in fraganti”», afirma Bowler. El proyecto se centró en el género «Chaetoceros», el más abundante y cosmopolita de las diatomeas. Algunas de sus especies producen esporas de resistencia, las cuales se pueden recuperar de sedimentos marinos para secuenciar su ADN y estudiar poblaciones antiguas. Paleoindicadores bien establecidos —vinculados a variaciones de temperatura, estacionalidad, cobertura de hielo y productividad marina (fotosíntesis)— se correlacionaron con cambios como desplazamientos poblacionales y mutaciones de genes clave. El Ártico y la Antártida despertaron un interés particular debido a sus drásticos cambios climáticos a lo largo del tiempo. Los análisis de testigos de sedimentos de la península Antártica, que abarcan 10 000 años, revelaron cambios significativos en la temperatura, la cobertura de hielo y la estacionalidad, junto con microfósiles de diatomeas bien conservados. La extracción de ADN antiguo permitió relacionar los datos morfológicos con la información genética y descubrir cómo se desplazaron las poblaciones en respuesta a los cambios ambientales. La información genética también puso de manifiesto cambios en los genes que codifican proteínas relacionadas con adaptaciones térmicas, así como la selección de mutaciones beneficiosas específicas, agrega Bowler. Otro núcleo de sedimentos del mar del Labrador, con un registro de 50 000 años de antigüedad, reveló cambios genéticos durante el último máximo glacial(se abrirá en una nueva ventana) e incluso antes, durante sucesos de Heinrich(se abrirá en una nueva ventana), cuando enormes icebergs se precipitaron al Atlántico Norte.
Análisis del efecto del cambio climático a nivel mundial
Dado que los océanos desempeñan un papel fundamental en el sistema climático terrestre, los investigadores necesitan comprender cómo el cambio climático afectará a los ecosistemas marinos y a sus funciones. Las técnicas del proyecto DIATOMIC, que permiten analizar ADN antiguo e identificar cambios durante perturbaciones pasadas, proporcionan pistas de gran valor. «Nuestra investigación abarca sobre todo los últimos 50 000 años, un período relativamente reciente. Sin embargo, como también se remonta a épocas anteriores a que las actividades humanas afectaran al funcionamiento planetario, podemos cuantificar mejor dicho efecto», explica Bowler. Tras superar importantes retos para recuperar ADN antiguo de hasta 2 millones de años de antigüedad, procedente de diatomeas y del ecosistema circundante (el récord actual), el equipo trabaja ahora en el refinamiento de técnicas para analizar mejor más ADN de muestras de testigos de sedimento marino procedentes de diferentes regiones oceánicas.
