El trabajo, en el que han participado investigadoras e investigadores del Institut de Ciències del Mar (ICM), relaciona datos genéticos con imágenes celulares para estudiar mejor estos grupos de bacterias y arqueas.
Aunque muchos centran su atención en el carbono debido al papel del CO₂ en el control del clima, no debemos olvidarnos del nitrógeno. Y es que, al igual que el carbono, el nitrógeno es uno de los principales componentes de nuestras células y de las de todos los organismos vivos. Además, este elemento es uno de los nutrientes más importantes, ya que su falta limita el crecimiento tanto de las plantas terrestres como del fitoplancton marino, que es el responsable de la mitad de la fotosíntesis total del planeta.
Esto puede resultar sorprendente, ya que el 80% de la atmósfera está compuesto por gas nitrógeno o dinitrógeno (N2). Sin embargo, el N2 es muy estable y resistente a las reacciones químicas, por lo que no puede ser asimilado por la mayoría de organismos. Por ello, el pequeño pero diverso grupo de microbios que son capaces de "fijar" el N2 atmosférico, es decir, de transformarlo para que otros organismos lo puedan usar, actuando como fertilizantes naturales, es tan importante.
Ahora, un grupo de investigadores del Institut de Ciències del Mar (ICM) ha participado en un estudio publicado recientemente en la prestigiosa revista Nature Communications que ofrece una visión global mejorada de la abundancia, diversidad y distribución de los fijadores de nitrógeno marinos, un grupo formado por bacterias y arqueas que se conocen también como diazótrofos.
Estos organismos cubren un amplio espectro de tamaños -de μm a mm- debido a sus diversos estilos de vida: células individuales, agregados celulares, colonias, vida libre y asociaciones simbióticas. Esto supone un reto para los investigadores a la hora de recogerlos y separarlos de las poblaciones microbianas marinas con las que coexisten y que son, generalmente, más abundantes.
Sin embargo, en sistemas terrestres, donde más del 90% de la fijación de nitrógeno la realizan bacterias que viven en simbiosis con un grupo diverso de plantas, los fijadores de nitrógeno están mucho mejor caracterizados dada su vital importancia para la agricultura. Además, la exploración de la diversidad, actividad y distribución de los fijadores de nitrógeno marinos se ve dificultada por la inmensidad del océano global, por lo que es difícil observarlos y estudiarlos.
Los datos de la expedición Tara Oceans
Para la realización del estudio, el equipo científico combinó datos genéticos con imágenes de estos organismos tomadas en el océano global gracias a la expedición Tara Oceans, que entre 2009 y 2013 surcó las principales regiones oceánicas recogiendo datos oceanográficos y muestras de plancton.
"Esta expedición proporcionó un marco único para desvelar la distribución de los microorganismos diazótrofos marinos en todo el océano global, cubriendo diferentes fracciones de tamaño del plancton y combinando grandes conjuntos de datos "ómicos" y de imagen", señala la investigadora del ICM Silvia González Acinas, coautora del estudio.
En todas las estaciones se tomaron muestras de ADN desde la superficie hasta los 1.000 metros de profundidad, mientras que en algunos lugares se incluyeron muestras paralelas para generar conjuntos de datos moleculares (por ejemplo, de secuenciación de ADN) y de imágenes de microscopía. Luego, mediante el análisis de más de 2 millones de imágenes y 30 terabases de datos de secuenciación de ADN, se obtuvo una visión global mejorada de la abundancia, diversidad y distribución de los fijadores de nitrógeno marinos.
"La combinación de nuevos métodos y enfoques está permitiendo descubrir cada vez mejor la diversidad de fijadores de nitrógeno en compartimentos planctónicos en los que antes no nos fijábamos. Nuestros hallazgos conducirán a mejores estimaciones de los flujos de nitrógeno en el océano al incorporar estos fijadores de nitrógeno recién descubiertos en modelos biogeoquímicos predictivos", comenta otro de los coautores del estudio, Francisco Cornejo Castillo, que se incorporará al ICM en los próximos meses.
Entre los hallazgos más relevantes del estudio figuran la detección de regiones oceánicas poco estudiadas donde parecen coexistir múltiples fijadores de nitrógeno y la identificación de fijadores de nitrógeno "ultrapequeños" (menos de 0,2µm).
A este respecto, el autor principal del estudio, Juan Pierella Karlusich, del Institute of Biology de la Ecole Normale Supérieure (IBENS), apunta que "estos resultados permitirán avanzar en este campo de la investigación al llamar la atención sobre estas nuevas regiones de alta densidad y los nuevos tipos de fijadores de nitrógeno".
Con todo, el trabajo pone de manifiesto que los análisis integradores de datos moleculares y de imágenes pueden conducir a exploraciones más precisas de los microorganismos oceánicos.