Descubren “eslabón perdido” de los organismos fotosintéticos más abundantes del planeta

Un 50% del oxígeno que se produce en el planeta proviene del océano, mayoritariamente por la fotosíntesis que realizan las microalgas y cianobacterias. De entre estas últimas, la conocida como “Prochlorococcus” es la más abundante del planeta y domina en aguas oceánicas, las cuales se caracterizan por estar bien oxigenadas y contener pocos nutrientes. 

Prochlorococcus es minúscula, por lo que resulta imposible verla utilizando microscopios comunes. De hecho, su identificación y recuento se hace con “citometría de flujo”, una tecnología biofísica basada en la utilización de luz láser. Fue gracias a esta tecnología —desarrollada originalmente con fines biomédicos— que los oceanógrafos la descubrieron a fines de los años ¢80, cuando llevaron un citómetro de flujo a bordo de un buque de investigación.

Tras más de treinta años de estudio y numerosas distintas cepas aisladas, Prochlorococcus ha mostrado tener antenas de captación de luz para la fotosíntesis distintas a la mayoría de las otras cianobacterias.

Además, su ecología y evolución pueden ser explicadas en términos tanto de la temperatura como de la disponibilidad de luz y nutrientes en el océano. Sin embargo, el momento en que aparecieron en el océano ancestral y las condiciones ambientales bajo las cuales evolucionaron estas cianobacterias tan abundantes hoy en día continúa siendo a la fecha toda una incógnita.

Investigadores del Instituto Milenio de Oceanografía (IMO) de la Universidad de Concepción (UdeC) —junto a colegas de Canadá y EEUU— reportan esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences USA el descubrimiento y caracterización genética de nuevos linajes de Prochlorococcus, los cuales —a diferencias de sus parientes más conocidos— habitan aguas deficientes de oxígeno y no han podido ser cultivados. Mediante el análisis de genomas de células individuales colectadas directamente del océano frente a Chile y México, proponen que estos linajes son los más antiguos del grupo y que Prochlorococcus habría evolucionado cuando el océano profundo mundial aún no se había oxigenado.

“Encontramos la presencia de genes que —entre otras cosas— permiten sintetizar pigmentos fotosintéticos donde no hay oxígeno, los cuales no se encuentran en otros Prochlorococcus modernos, pero si en algunas cianobacterias de agua dulce y costeras, aparentemente más cercanas a las especies ancestrales ya extintas”, señala Osvaldo Ulloa, académico de la UdeC, director del IMO y autor principal de dicho trabajo.

Junto a lo anterior, los investigadores descubrieron que los actuales linajes de Prochlorococcus más cercanos a aquellos de hace millones de años, poseen antenas de captación de luz similares a las de otras cianobacterias y, por lo tanto, distintas a las de sus parientes más modernos.

“Los eventos evolutivos que dieron paso de un tipo de antena fotosintética a otra se develan del análisis bioinformático de los distintos genomas, verdaderos palimpsestos biológicos”, indica Salvador Ramírez, investigador IMO-UdeC y coautor del señalado artículo científico. 

La existencia de oxígeno en nuestra atmósfera —y por ende, nuestra propia existencia— se debe a la extraordinaria innovación biológica de la fotosíntesis, productora de oxígeno por parte de las primeras cianobacterias hace miles de millones de años.

El océano profundo, sin embargo, permaneció sin oxígeno durante mucho más tiempo y sus concentraciones en la atmósfera se mantuvieron en niveles muy menores a las actuales. En tal escenario, Prochlorococcus habría evolucionado y contribuido a la oxigenación y funcionamiento del ecosistema del océano ancestral.        

Por último, Osvaldo Ulloa señala que “es un puzle que nos ha tomado muchos años resolver. La primera expedición oceanográfica para estudiar esta cianobacteria la realizamos frente a Iquique el año 2000. No obstante, gracias a la tenacidad y trabajo de equipo logramos finalmente contribuir con un nuevo entendimiento sobre la historia de vida de este microorganismo tan importante para el funcionamiento de nuestro planeta”.

Link al artículo: https://www.pnas.org/content/118/11/e2025638118