La la major diversitat

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

• Mikrobiologia
• Ekologia

Els microorganismes són molt abundants. i estan en qualsevol lloc. D'acord, això no és nou. En els oceans, per exemple, els experts consideren que el 95% de la biomassa total és coberta per microbis. També en el nostre cos tenim deu microorganismes per cèl·lula en la pell, en el tub digestiu, etc. Els bacteris que ocupen una hectàrea de terreny igualen el pes d'una vaca i els protozous, de dues ovelles.

Recentment s'ha publicat en mitjans de comunicació el descobriment d'un mantell microbià de la grandària de Grècia enfront de les costes xilenes i peruanes. Els experts comencen a dir que és la formació amb major concentració d'éssers vius del món. És un dels descobriments realitzats en un gran projecte denominat Cens de Marins Vius. Prop de 300 científics estan participant en el projecte i a l'octubre, una vegada finalitzat el cens, més de 300 expedicions estaran realitzades.

Un dels quatre projectes posats en marxa per a l'elaboració d'un cens complet té com a objectiu conèixer els microorganismes marins, mentre que els altres tres estudiaran els ecosistemes d'aigües profundes, la vida abissal i el zooplancton. Per descomptat, en tots els projectes s'han realitzat grans descobriments, però l'expert que participa en l'elaboració del cens microbià, Mitch Sogin, de la Marini Biological Laboratory dels Estats Units, ha afirmat que "la magnitud de les troballes en altres camps no és comparable a la de l'estudi microbià".

De fet, el nostre coneixement dels microorganismes és molt petit. Com ha assenyalat Limita Amaral-Zettler, un dels líders del projecte d'estudi dels microbis, "estem encara en fase de descobriment quant a biodiversitat microbiana". Això no és exclusiu de microorganismes marins. El Servei de Bio Intel·ligència de la Unió Europea ha publicat al febrer un informe en el qual afirma que només coneixem l'1% dels bacteris de la terra.

La veritat és que no es pot saber exactament quin és aquest percentatge, ja que encara no se sap quantes espècies hi ha de tot, però en analitzar una determinada comunitat, els experts han descobert que, en el millor dels casos, només es coneixia l'1% del total de les existents, que només podien créixer en els cultius purs per al seu estudi en profunditat.

Els microorganismes s'han trobat en tots els ecosistemes de la Terra estudiats i sempre s'han trobat molts més microorganismes dels que s'esperava. Per tant, no és possible realitzar estimacions fiables. S'estima que hi ha diverses desenes de milions i mil milions d'espècies de bacteris en la Terra. L'existència d'aquesta diferència "posa de manifest quina ignorància som en matèria de microorganismes", afirma Carles Pedrós-Alió, professor, investigador i expert en microorganismes de l'Institut de Ciències de la Mar de Barcelona del CSIC.

Definició d'espècies, molecular

Conèixer el nombre d'espècies no és un repte. De fet, els microorganismes escapen de la definició tradicional de l'espècie. Segons aquesta definició, l'encreuament de dos éssers vius entre si dóna lloc a successos reproductius de la mateixa espècie. Els bacteris, per exemple, es reprodueixen asexualmente. "És un concepte de l'espècie encara sense resoldre", explica Emilio Casamayor, microbiòleg del Departament d'Ecologia Continental del Centre d'Estudis Avançats del CSIC de Blanes.

D'altra banda, en els vius macroscòpics se solen basar en característiques morfològiques per a la separació de les espècies. En el cas dels microorganismes, no obstant això, en mirar al microscopi "només es veuen salsitxes, croquetes i pilotes", explica Pedrós-Alió. Per tant, les característiques morfològiques tampoc serveixen per a definir les espècies.

Així, els ecólogos, microbiòlegs, taxónomos i filogenetistas que estudien els microbis han hagut de recórrer a tècniques moleculars a la recerca de les diferències entre les diferents espècies, segons la seva proximitat genètica.

S'utilitza barra, per exemple, la seqüència de l'ARN ribosòmic 16S, la seqüència d'un dels components dels ribosomes. Atès que els ribosomes tenen la funció de sintetitzar proteïnes, apareixen en tots i cadascun dels éssers vius, per la qual cosa aquestes seqüències d'ARN són molt útils per a realitzar comparacions. En el cas de l'ARN ribosòmic 16S, dos individus han de tenir en comú el 97% d'aquesta seqüència per a ser considerats com un de la mateixa espècie.

"Hem vist que amb aquesta definició menyscabem en gran manera la diversitat real existent --matisa Pedrós-Aliók--. Hi ha bacteris que tenen el 99% d'aquesta seqüència d'ARN exactament igual i, en analitzar-la més concretament, ens hem adonat que haurien de ser espècies diferents". No obstant això, els experts han decidit no modificar aquest percentatge per a evitar una sobreestimació.

Doncs bé, per despreciación, han vist que han pogut identificar a moltes espècies que fins ara no podien identificar. "Fins fa 20 anys el coneixement que teníem dels microorganismes era només una petita finestra del que realment existeix", explica Casamayor. De fet, abans de les tècniques moleculars, els microorganismes es conreaven en plaques de cultiu, és a dir, en mitjans molt rics en aliments, a temperatures poc habituals en la naturalesa... "i els microorganismes estan acostumats a condicions més severes --diu Casamayorr-, per exemple, a ambients poc alimentosos, per la qual cosa en zones molt comestibles molts no creixen".

Descobrint els ecosistemes a nivell microorganisme

Seqüenciar els genomes dels microorganismes i establir comparacions entre seqüències no sols serveix per a la taxonomia, és a dir, per a elaborar llistes d'espècies i classificacions. També és de gran utilitat per als ecologistes en microbiologia per a realitzar estudis a nivell d'ecosistema: anàlisi de distribució d'espècies, estudi del procés d'especiació, coneixement de la riquesa d'espècies dels ecosistemes, etc. Entre altres coses, s'analitza si el seu coneixement a nivell macroscòpic sobre els ecosistemes coincideix a nivell microorganisme.

I els resultats que s'estan obtenint no sempre són afirmatius. Per exemple, en matèria de biodiversitat, en la Terra tenim definits biomes rics i pobres. Les selves tropicals es consideren un dels llocs amb major biodiversitat i els deserts un dels més pobres. O en la mar, per exemple, la diversitat d'espècies és major en zones poc profundes que en grans profunditats.

En 2006, dos investigadors de la Universitat de Duke i de la Universitat de Colorado, en un article publicat en la revista PNAS en línia, van assenyalar que l'Amazonía és un desert quant a diversitat de bacteris i el desert és l'Amazonía. Tot el contrari de l'observat a nivell macroscòpic. En opinió de Casamayor, "és massa atrevit" fer aquest tipus d'expressions rotundes, ja que pot qüestionar-se si l'observat és un model general o una cosa oposada en determinades condicions. Caldria aclarir quina és l'escala a considerar per a la presa de mostres en el món microscòpic.

No obstant això, no és l'únic estudi que ha proposat aquest tipus de distribució de biodiversitat. En el grup de Carles Pedrós-Alió s'està estudiant aquest fet al Mediterrani, i les seves recerques han revelat que la diversitat augmenta amb la profunditat. No el nombre de bacteris, que és unes deu vegades menor a 2.000-3.000 metres de la superfície de la mar --en la superfície se situa entorn d'un milió d'exemplars per mil·lilitre-, però augmenta el nombre d'espècies: "Estem veient que les comunitats més pobres en nombre d'individus són més riques en diversitat --diu Pedrós-Aliók--. Però encara no tenim clar si la distribució de la biodiversitat en general segueix aquest model".

Tots a tot arreu?

Un proverbi de la dècada de 1920 deia que tots els microorganismes estan a tot arreu i que el mitjà determina quins seguiran endavant. Casamayor ha il·lustrat aquesta idea amb un exemple: "Si prenem un mitjà de cultiu per a bacteris marins i el situem a 2.000 metres d'altura, els científics veien que en aquest mitjà creixen els bacteris marins".

No obstant això, en diversos grups de recerca, com Casamayorrenea, s'estan trobant evidències que qüestionen aquesta idea. És cert que els microorganismes es dispersen fàcilment ja que poden moure's en l'aigua, en l'aire, pegats a les partícules de pols, sobre els ocells o dins d'elles. Però els investigadors també han començat a observar l'efecte illa en les comunitats bacterianes. En el grup de Casamayor, per exemple, s'ha realitzat un exhaustiu estudi dels microorganismes de les llacunes marines i terrestres i s'ha observat que en les llacunes algunes poblacions de microorganismes queden aïllades i tenen dificultats per a accedir a altres llacunes amb condicions similars.

A més, han vist que les comunitats oceàniques tenen un major grau de parentiu, és a dir, són més similars. Aquests dos descobriments suggereixen que en els llacs no es compleix l'expressió "tots estan a tot arreu", per la qual cosa no hauria de produir-se un efecte illa entre llacunes de condicions similars. A més, un menor grau de parentiu implica que entre les comunitats de microorganismes presents en els llacs no es produeix molt intercanvi gènic, per la qual cosa la seva capacitat de dispersió és limitada, ja que no tots arriben a tots.

No obstant això, Casamayor ha volgut deixar clar que el proposat no és més que una hipòtesi de treball: "Aquesta recerca és un dels primers passos en la cerca de normes o limitacions per a l'organització de microorganismes en comunitats i ha obert noves línies de recerca".

La biosfera dels estranys

Independentment de les estratègies de dispersió i de la diversitat de microorganismes existents en una determinada regió, poden existir mètodes d'identificació que limitin el coneixement. De fet, hi ha algunes que es troben en una proporció molt petita en la població, i en les tècniques que tenim per a identificar-les és imprescindible estar en una quantitat determinada. Si no, són invisibles.

No són pocs els microorganismes en baixa densitat. Aquests microorganismes són coneguts pels experts com la biosfera dels estranys. Les condicions ambientals en aquest moment es troben en baixa densitat per no ser adequades per a elles, però són un banc de llavors que permeten a les comunitats microbianes disposar d'una gran capacitat d'adaptació que s'observa habitualment. "Durant els abocaments del Prestige vam poder demostrar, per exemple, que en l'aigua hi havia bacteris que s'alimentaven del petroli. Hi ha un enorme potencial amagat en aquests grups de bacteris de baixa densitat, esperant que les condicions del mitjà canviïn", afirma Pedrós-Alió.

Com els bacteris es reprodueixen asexualmente, n'hi ha prou que en una població hi hagi un sol exemplar perquè l'espècie avanci. A més, tenen els seus propis mecanismes per a jugar "" amb el genoma (duplicar gens, realitzar translocacions, mutar, etc.) i realitzen constantment proves d'adaptació. I, com es dupliquen molt ràpid, es diversifiquen molt en molt poc temps. Per exemple, en una població que prové d'un sol exemplar, es pot observar que la població generada als dos mesos de començar a duplicar-se utilitza altres sucres en els bacteris, es reprodueix a una altra velocitat, etc.

En general, "tenim davant els nostres ulls un món que no podem veure, acabem de conscienciar-nos de la seva importància, és meravellós", ha afirmat Pedrós-Alió.