La bacteria elimina el nitrógeno, potencialmente defendiéndose contra ciertas sobrecargas de nutrientes.Los arrecifes de coral, como Los Jardines de la Reina, en la foto, tienen microbios que pueden ayudar a proteger al coral contra ciertos desequilibrios de nutrientes.
Jennifer Chu | Oficina de noticias del MIT
Créditos: Foto: Robert Walker
Los corales han evolucionado durante milenios para vivir, e incluso prosperar, en aguas con pocos nutrientes. En los arrecifes saludables, el agua es a menudo excepcionalmente clara, principalmente porque los corales han encontrado formas de hacer un uso óptimo de los pocos recursos que los rodean. Cualquier cambio en estas condiciones puede desequilibrar la salud de un coral.
Ahora, investigadores del MIT y la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), en colaboración con oceanógrafos y biólogos marinos en Cuba, han identificado microbios que viven dentro de las biopelículas viscosas de algunas especies de coral que pueden ayudar a proteger al coral contra ciertos desequilibrios de nutrientes.
El equipo descubrió que estos microbios pueden absorber y «eliminar» el nitrógeno de los alrededores de un coral. En concentraciones bajas, el nitrógeno puede ser un nutriente esencial para los corales, proporcionándoles energía para su crecimiento. Pero una sobreabundancia de nitrógeno, por ejemplo, de la lixiviación de fertilizantes ricos en nitrógeno en el océano, puede hacer que florezcan matas de algas. Las algas pueden competir con el coral por los recursos, dejando los arrecifes estresados y blanqueados de color.
Al absorber el exceso de nitrógeno, los microbios recientemente identificados pueden prevenir la competencia de las algas, sirviendo así como pequeños protectores del coral que habitan. Si bien los corales de todo el mundo están experimentando un estrés generalizado y decoloración por el calentamiento global, parece que algunas especies han encontrado formas de protegerse de otras fuentes de estrés relacionadas con el nitrógeno.
«Uno de los aspectos de encontrar estos organismos en asociación con los corales es que existe una forma natural en la que los corales pueden combatir la influencia antropogénica, al menos en términos de disponibilidad de nitrógeno, y eso es algo muy bueno», dice Andrew Babbin, el Doherty Profesor asistente de utilización de los océanos en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. «Esta podría ser una forma muy natural en que los arrecifes pueden protegerse, al menos hasta cierto punto».
Babbin y sus colegas, incluidos los estudiantes graduados del MIT Diana Dumit, Tyler Tamasi, Laura Weber y Sarah Schwartz, informaron sus hallazgos en el ISME Journal.
Zonas muertas análogas
El grupo de Babbin estudia cómo las comunidades marinas en el océano realizan el ciclo del nitrógeno, un elemento clave para la vida. El nitrógeno en el océano puede tomar varias formas, como amoníaco, nitrito y nitrato. Babbin ha estado especialmente interesado en estudiar cómo el nitrógeno se cicla, o se absorbe, en ambientes anóxicos: regiones del océano con poco oxígeno, también conocidas como «zonas muertas», donde los peces rara vez se encuentran y la vida microbiana puede prosperar.
“Los lugares sin suficiente oxígeno para los peces son donde las bacterias comienzan a hacer algo diferente, lo que nos emociona”, dice Babbin. «Por ejemplo, pueden comenzar a consumir nitratos, lo que tiene un impacto en la productividad de una parte específica del agua».
Las zonas muertas no son las únicas regiones anóxicas del océano donde las bacterias exhiben un comportamiento que se alimenta de nitrógeno. Los entornos con poco oxígeno se pueden encontrar a escalas más pequeñas, como dentro de las biopelículas, el limo rico en microbios que cubre las superficies marinas desde cascos de naufragios hasta arrecifes de coral.
“Tenemos biopelículas dentro de nosotros que permiten que sucedan diferentes procesos anaeróbicos”, señala Babbin. «Lo mismo ocurre con los corales, que pueden generar una tonelada de moco, que actúa como barrera de retardo del oxígeno».
A pesar de que los corales están cerca de la superficie y al alcance del oxígeno, Babbin se preguntó si la baba de coral serviría para promover «bolsas anóxicas» o regiones concentradas con poco oxígeno, donde las bacterias que consumen nitratos podrían prosperar.
Le planteó la idea a la microbióloga marina de WHOI Amy Apprill, y en 2017, los investigadores partieron con un equipo científico en un crucero a Cuba, donde Apprill había planeado un estudio de los corales en el parque nacional protegido, Jardines de la Reina, o Gardens. de la Reina.
“Esta área protegida es uno de los últimos refugios para corales caribeños saludables”, dice Babbin. “Nuestra esperanza era estudiar una de estas áreas menos impactadas para obtener una línea de base sobre qué tipo de dinámica del ciclo del nitrógeno está asociada con los corales mismos, lo que nos permitiría comprender qué le haría una perturbación antropogénica a ese sistema”.
Hisopos para depuradores
Al explorar los arrecifes, los científicos tomaron pequeñas muestras de especies de coral que abundaban 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 naturalmente en el agua de mar.
Llevaron las muestras a Cambridge y las analizaron con un espectrómetro de masas para medir cómo cambiaba el equilibrio de las moléculas de nitrógeno con el tiempo. Dependiendo del tipo de molécula que se consumió o produjo en la muestra, los investigadores pudieron estimar la velocidad a la que el nitrógeno se redujo y esencialmente desnitrificó, o aumentó a través de otros procesos metabólicos.
En casi todas las muestras de coral, observaron tasas de desnitrificación más altas que la mayoría de los otros procesos; Es probable que algo en el coral mismo absorbiera la molécula.
Los investigadores limpiaron la superficie de cada coral y cultivaron las muestras viscosas en placas de Petri, que examinaron en busca de bacterias específicas que se sabe que metabolizan el nitrógeno. Este análisis reveló múltiples bacterias depuradoras de nitrógeno, que vivían en la mayoría de las muestras de coral.
“Nuestros resultados implicarían que estos organismos, que viven en asociación con los corales, tienen una forma de limpiar el medio ambiente local”, dice Babbin. “Hay algunas especies de coral, como este coral cerebro Diploria, que exhiben ciclos de nitrógeno extremadamente rápidos y resultan ser bastante resistentes, incluso a través de un cambio antropogénico, mientras que Acropora, que está en mal estado en todo el Caribe, exhibe muy pocos ciclos de nitrógeno. «
Aún no está claro si los microbios depuradores de nitrógeno contribuyen directamente a la salud de un coral. Los resultados del equipo son la primera evidencia de tal conexión. En el futuro, Babbin planea explorar otras partes del océano, como el Pacífico tropical, para ver si existen microbios similares en otros corales y en qué medida las bacterias ayudan a preservar a sus huéspedes. Su conjetura es que su función es similar a la de los microbios en nuestros propios sistemas.
«Cuanto más observamos el microbioma humano, más nos damos cuenta de que los organismos que viven en asociación con nosotros impulsan nuestra salud», dice Babbin. “Exactamente lo mismo ocurre con los arrecifes de coral. Es el microbioma de coral el que define la salud del sistema coralino. Y lo que estamos tratando de hacer es revelar qué metabolismos son parte de esta red microbiana dentro del sistema coralino «.
Esta investigación fue apoyada, en parte, por MIT Sea Grant, la Fundación Simons, los fondos MIT Montrym, Ferry y mTerra, y por Bruce Heflinger ’69, SM ’71, PhD ’80.
«Reimpreso con permiso de MIT News»
