Las diatomeas, una caja de sorpresas químicas para sobrevivir en la oscuridad

Source: The Conversation – (in Spanish) – By Juan Rodríguez-Márquez, Investigador predoctoral, Universidad de Cádiz

Las diatomeas son pequeñas algas unicelulares protegidas por una cápsula de sílice (frústula). Hablamos de organismos clave en los ecosistemas marinos, responsables de un 20 % de la fijación de carbono global.

Forman parte del fitoplancton marino, base de la red trófica de la que dependen seres vivos de todos los tamaños, desde diminutos copépodos hasta grandes depredadores.

Además, son ubicuas y cosmopolitas: habitan desde regiones polares hasta tropicales, tanto en aguas abiertas como en zonas costeras. El registro fósil de sus frústulas de sílice evidencia que existen desde el Jurásico (hace entre unos 200 y 145 millones de años), si bien fue durante el Cretácico (hace entre 145 y 66 millones de años) cuando comenzaron a diversificarse y a convertirse en un componente fundamental del plancton marino.

¿Por qué son tan exitosas?

Las diatomeas poseen una alta capacidad de división, algo que, que unido a una eficiente capacidad de incorporar nutrientes del agua, les permite aprovechar rápidamente los recursos disponibles. Esto facilita la aparición de floraciones masivas en las zonas costeras.

Cuando los nutrientes se agotan, las diatomeas se hunden al fondo marino, permaneciendo en la oscuridad. Y cuando las condiciones vuelven a ser favorables, es decir, hay de nuevo nutrientes, pueden reactivarse y reflorecer. Esta ventaja adaptativa es típica en distintas especies de diatomeas polares durante los meses de noche polar.

Secretos químicos para sobrevivir

En las últimas décadas, se ha observado que las diatomeas presentan un complejo y variado arsenal químico que les da ventajas adaptativas. El papel que estos compuestos juegan en el medio natural es tan diverso como diversas son las especies que los producen.

Entre los compuestos químicos que producen, están los aldehídos poliinsaturados (PUAs), cuya función biológica es aún objeto de estudio. Una de las funciones propuestas –y testada experimentalmente– es que estos compuestos actúan como defensa química de las diatomeas frente a sus depredadores.

La forma en la que los PUAs protegen a estos organismos es mermando la capacidad de reproducción de sus depredadores, fundamentalmente, los copépodos, un tipo de crustáceos de pequeño tamaño. Estudios recientes muestran que elevadas concentraciones de aldehídos pueden llegar a ser perjudiciales también para larvas de distintas especies de peces, como es el caso del pez cebra. Además, estos compuestos químicos pueden funcionar desplazando a otras especies competidoras del fitoplancton, lo que podría explicar el éxito de las diatomeas en el océano actual.

Comunicación silenciosa

Funcionan, además, como señales de comunicación intercelular, es decir, entre diatomeas. También para la comunicación con su entorno e, incluso, con otros organismos, como las bacterias que interaccionan con ellas.

Es decir, las diatomeas emplean estás moléculas para transmitir información entre ellas mismas o con el resto de células del entorno. De hecho, se ha comprobado que permiten sincronizar el comportamiento de muchas diatomeas, facilitando respuestas colectivas frente a cambios ambientales, por ejemplo, en respuesta a situaciones de estrés, como la escasez de nutrientes.

Esta falta de nutrientes es común al final de las floraciones y se ha comprobado experimentalmente que, en dicha situación, los aldehídos poliinsaturados pueden actuar como señales químicas que inducen la muerte celular programada. En floraciones naturales, cuando esto ocurre, las diatomeas sedimentan hacia el lecho marino: escapan de la zona iluminada de la columna de agua y entran en un área de total oscuridad.

¿Qué efecto tiene la oscuridad sobre la producción de estos aldehidos?

Para estudiar este efecto, simulamos en el laboratorio las floraciones de dos especies de diatomeas, Cyclotella cryptica y Skeletonema pseudocostatum, sometiéndolas posteriormente a completa oscuridad durante 75 días. Tras este periodo, indujimos su refloración y nos centramos en estudiar cómo crecían y cuántos PUAs producían tras ese proceso. Los PUAs se analizaron mediante una técnica denominada cromatografía de gases/masas.

Observamos que, tras este periodo de latencia y oscuridad, las diatomeas crecieron de nuevo óptimamente y no se redujo su capacidad de producir PUAs. Por el contrario, su arsenal químico aumentó: fueron capaces de producir hasta el doble de aldehídos que los que habían producido antes del periodo de oscuridad.

Una estrategia de supervivencia inesperada

Nuestro estudio reveló un aspecto desconocido hasta ahora de las diatomeas. Aunque su capacidad para permanecer en la oscuridad ya era un hecho conocido, se desconocía por completo que ese estado pudiera afectar a la producción de PUAs de forma tan significativa.

Este hallazgo muestra que la latencia en oscuridad es una estrategia mucho más compleja de lo que se pensaba y que apoya, en parte, el notable éxito ecológico de las diatomeas en los océanos. Al incrementar su producción de PUAs durante los periodos de oscuridad, no solo refuerzan sus defensas químicas frente a depredadores, sino que también potencian su capacidad de comunicación y coordinación colectiva.

Nuestros resultados muestran que la oscuridad, como parte del ciclo de vida de las diatomeas, tiene un efecto estimulador sobre la producción de PUAs. Este descubrimiento profundiza en la comprensión de uno de los productores primarios más importantes del planeta y revela detalles clave sobre su interacción con el medio y los organismos que les rodean.

Juan Rodríguez-Márquez recibe fondos de Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (Formación de Profesorado Universitario 2023 – Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2021-2023).
Esta investigación se realizó bajo el marco del proyecto FICOEXPLORA (Ref.RTI2018-101272-B-I00).

Ana Bartual Magro ha recibido fondos de la Agencia Estatal de Investigación del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España para el desarrollo del proyecto FICOEXPLORA (Ref.RTI2018-101272-B-I00).

– ref. Las diatomeas, una caja de sorpresas químicas para sobrevivir en la oscuridad – https://theconversation.com/las-diatomeas-una-caja-de-sorpresas-quimicas-para-sobrevivir-en-la-oscuridad-265418