La la mayor diversidad

2010/06/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Mikrobiologia
• Ekologia

Los microorganismos son muy abundantes. y están en cualquier sitio. De acuerdo, eso no es nuevo. En los océanos, por ejemplo, los expertos consideran que el 95% de la biomasa total es cubierta por microbios. También en nuestro cuerpo tenemos diez microorganismos por célula en la piel, en el tubo digestivo, etc. Las bacterias que ocupan una hectárea de terreno igualan el peso de una vaca y los protozoos, de dos ovejas.

Recientemente se ha publicado en medios de comunicación el descubrimiento de un manto microbiano del tamaño de Grecia frente a las costas chilenas y peruanas. Los expertos comienzan a decir que es la formación con mayor concentración de seres vivos del mundo. Es uno de los descubrimientos realizados en un gran proyecto denominado Censo de Marinos Vivos. Cerca de 300 científicos están participando en el proyecto y en octubre, una vez finalizado el censo, más de 300 expediciones estarán realizadas.

Uno de los cuatro proyectos puestos en marcha para la elaboración de un censo completo tiene como objetivo conocer los microorganismos marinos, mientras que los otros tres estudiarán los ecosistemas de aguas profundas, la vida abisal y el zooplancton. Por supuesto, en todos los proyectos se han realizado grandes descubrimientos, pero el experto que participa en la elaboración del censo microbiano, Mitch Sogin, de la Marine Biological Laboratory de Estados Unidos, ha afirmado que "la magnitud de los hallazgos en otros campos no es comparable a la del estudio microbiano".

De hecho, nuestro conocimiento de los microorganismos es muy pequeño. Como ha señalado Linda Amaral-Zettler, uno de los líderes del proyecto de estudio de los microbios, "estamos todavía en fase de descubrimiento en cuanto a biodiversidad microbiana". Esto no es exclusivo de microorganismos marinos. El Servicio de Bio Inteligencia de la Unión Europea ha publicado en febrero un informe en el que afirma que sólo conocemos el 1% de las bacterias de la tierra.

La verdad es que no se puede saber exactamente cuál es ese porcentaje, ya que todavía no se sabe cuántas especies hay de todo, pero al analizar una determinada comunidad, los expertos han descubierto que, en el mejor de los casos, sólo se conocía el 1% del total de las existentes, que sólo podían crecer en los cultivos puros para su estudio en profundidad.

Los microorganismos se han encontrado en todos los ecosistemas de la Tierra estudiados y siempre se han encontrado muchos más microorganismos de los que se esperaba. Por tanto, no es posible realizar estimaciones fiables. Se estima que hay varias decenas de millones y mil millones de especies de bacterias en la Tierra. La existencia de esta diferencia "pone de manifiesto qué ignorancia somos en materia de microorganismos", afirma Carles Pedrós-Alió, profesor, investigador y experto en microorganismos del Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona del CSIC.

Definición de especies, molecular

Conocer el número de especies no es un reto. De hecho, los microorganismos escapan de la definición tradicional de la especie. Según esta definición, el cruce de dos seres vivos entre sí da lugar a sucesos reproductivos de la misma especie. Las bacterias, por ejemplo, se reproducen asexualmente. "Es un concepto de la especie aún sin resolver", explica Emilio Casamayor, microbiólogo del Departamento de Ecología Continental del Centro de Estudios Avanzados del CSIC de Blanes.

Por otra parte, en los vivos macroscópicos se suelen basar en características morfológicas para la separación de las especies. En el caso de los microorganismos, sin embargo, al mirar al microscopio "sólo se ven salchichas, croquetas y pelotas", explica Pedrós-Alió. Por tanto, las características morfológicas tampoco sirven para definir las especies.

Así, los ecólogos, microbiólogos, taxónomos y filogenetistas que estudian los microbios han tenido que recurrir a técnicas moleculares en busca de las diferencias entre las diferentes especies, según su proximidad genética.

Se utiliza barra, por ejemplo, la secuencia del ARN ribosómico 16S, la secuencia de uno de los componentes de los ribosomas. Dado que los ribosomas tienen la función de sintetizar proteínas, aparecen en todos y cada uno de los seres vivos, por lo que estas secuencias de ARN son muy útiles para realizar comparaciones. En el caso del ARN ribosómico 16S, dos individuos deben tener en común el 97% de esta secuencia para ser considerados como uno de la misma especie.

"Hemos visto que con esta definición menoscabamos en gran medida la diversidad real existente --matiza Pedrós-Aliók--. Hay bacterias que tienen el 99% de esta secuencia de ARN exactamente igual y, al analizarla más concretamente, nos hemos dado cuenta de que deberían ser especies diferentes". Sin embargo, los expertos han decidido no modificar este porcentaje para evitar una sobreestimación.

Pues bien, por despreciación, han visto que han podido identificar a muchas especies que hasta ahora no podían identificar. "Hasta hace 20 años el conocimiento que teníamos de los microorganismos era sólo una pequeña ventana de lo que realmente existe", explica Casamayor. De hecho, antes de las técnicas moleculares, los microorganismos se cultivaban en placas de cultivo, es decir, en medios muy ricos en alimentos, a temperaturas poco habituales en la naturaleza... "y los microorganismos están acostumbrados a condiciones más severas --dice Casamayorr-, por ejemplo, a ambientes poco alimenticios, por lo que en zonas muy comestibles muchos no crecen".

Descubriendo los ecosistemas a nivel microorganismo

Secuenciar los genomas de los microorganismos y establecer comparaciones entre secuencias no sólo sirve para la taxonomía, es decir, para elaborar listas de especies y clasificaciones. También es de gran utilidad para los ecologistas en microbiología para realizar estudios a nivel de ecosistema: análisis de distribución de especies, estudio del proceso de especiación, conocimiento de la riqueza de especies de los ecosistemas, etc. Entre otras cosas, se analiza si su conocimiento a nivel macroscópico sobre los ecosistemas coincide a nivel microorganismo.

Y los resultados que se están obteniendo no siempre son afirmativos. Por ejemplo, en materia de biodiversidad, en la Tierra tenemos definidos biomas ricos y pobres. Las selvas tropicales se consideran uno de los lugares con mayor biodiversidad y los desiertos uno de los más pobres. O en el mar, por ejemplo, la diversidad de especies es mayor en zonas poco profundas que en grandes profundidades.

En 2006, dos investigadores de la Universidad de Duke y de la Universidad de Colorado, en un artículo publicado en la revista PNAS on line, señalaron que la Amazonía es un desierto en cuanto a diversidad de bacterias y el desierto es la Amazonía. Todo lo contrario de lo observado a nivel macroscópico. En opinión de Casamayor, "es demasiado atrevido" hacer este tipo de expresiones rotundas, ya que puede cuestionarse si lo observado es un modelo general o algo encontrado en determinadas condiciones. Habría que aclarar cuál es la escala a considerar para la toma de muestras en el mundo microscópico.

Sin embargo, no es el único estudio que ha propuesto este tipo de distribución de biodiversidad. En el grupo de Carles Pedrós-Alió se está estudiando este hecho en el Mediterráneo, y sus investigaciones han revelado que la diversidad aumenta con la profundidad. No el número de bacterias, que es unas diez veces menor a 2.000-3.000 metros de la superficie del mar --en la superficie se sitúa en torno a un millón de ejemplares por mililitro-, pero aumenta el número de especies: "Estamos viendo que las comunidades más pobres en número de individuos son más ricas en diversidad --dice Pedrós-Aliók--. Pero todavía no tenemos claro si la distribución de la biodiversidad en general sigue este modelo".

¿Todos en todas partes?

Un proverbio de la década de 1920 decía que todos los microorganismos están en todas partes y que el medio determina cuáles van a seguir adelante. Casamayor ha ilustrado esta idea con un ejemplo: "Si tomamos un medio de cultivo para bacterias marinas y lo situamos a 2.000 metros de altura, los científicos veían que en ese medio crecen las bacterias marinas".

Sin embargo, en varios grupos de investigación, como Casamayorrenea, se están encontrando evidencias que cuestionan esta idea. Es cierto que los microorganismos se dispersan fácilmente ya que pueden moverse en el agua, en el aire, pegados a las partículas de polvo, sobre las aves o dentro de ellas. Pero los investigadores también han empezado a observar el efecto isla en las comunidades bacterianas. En el grupo de Casamayor, por ejemplo, se ha realizado un exhaustivo estudio de los microorganismos de las lagunas marinas y terrestres y se ha observado que en las lagunas algunas poblaciones de microorganismos quedan aisladas y tienen dificultades para acceder a otras lagunas con condiciones similares.

Además, han visto que las comunidades oceánicas tienen un mayor grado de parentesco, es decir, son más similares. Estos dos descubrimientos sugieren que en los lagos no se cumple la expresión "todos están en todas partes", por lo que no debería producirse un efecto isla entre lagunas de condiciones similares. Además, un menor grado de parentesco implica que entre las comunidades de microorganismos presentes en los lagos no se produce mucho intercambio génico, por lo que su capacidad de dispersión es limitada, ya que no todos llegan a todos.

Sin embargo, Casamayor ha querido dejar claro que lo propuesto no es más que una hipótesis de trabajo: "Esta investigación es uno de los primeros pasos en la búsqueda de normas o limitaciones para la organización de microorganismos en comunidades y ha abierto nuevas líneas de investigación".

La biosfera de los raros

Independientemente de las estrategias de dispersión y de la diversidad de microorganismos existentes en una determinada región, pueden existir métodos de identificación que limiten el conocimiento. De hecho, hay algunas que se encuentran en una proporción muy pequeña en la población, y en las técnicas que tenemos para identificarlas es imprescindible estar en una cantidad determinada. Si no, son invisibles.

No son pocos los microorganismos en baja densidad. Estos microorganismos son conocidos por los expertos como la biosfera de los raros. Las condiciones ambientales en ese momento se encuentran en baja densidad por no ser adecuadas para ellas, pero son un banco de semillas que permiten a las comunidades microbianas disponer de una gran capacidad de adaptación que se observa habitualmente. "Durante los vertidos del Prestige pudimos demostrar, por ejemplo, que en el agua había bacterias que se alimentaban del petróleo. Hay un enorme potencial escondido en estos grupos de bacterias de baja densidad, esperando a que las condiciones del medio cambien", afirma Pedrós-Alió.

Como las bacterias se reproducen asexualmente, basta con que en una población haya un solo ejemplar para que la especie avance. Además, tienen sus propios mecanismos para "jugar" con el genoma (duplicar genes, realizar translocaciones, mutar, etc.) y realizan constantemente pruebas de adaptación. Y, como se duplican muy rápido, se diversifican mucho en muy poco tiempo. Por ejemplo, en una población que proviene de un solo ejemplar, se puede observar que la población generada a los dos meses de empezar a duplicarse utiliza otros azúcares en las bacterias, se reproduce a otra velocidad, etc.

En general, "tenemos ante nuestros ojos un mundo que no podemos ver, acabamos de concienciarnos de su importancia, es maravilloso", ha afirmado Pedrós-Alió.