La gran mayoría de los estudios genéticos sobre la biodiversidad del Océano Austral y sus patrones de distribución han estado enfocados en macroorganismos como pingüinos, moluscos, mamíferos marinos e incluso algas. A este trabajo ahora se suma una nueva investigación liderada por científicos de la Universidad de Chile enfocada en los patrones de distribución genética de los microorganismos, específicamente bacterias del género Spirochaeta, presentes en el intestino de erizos de mar del género Abatus.
“Históricamente, la gran mayoría de los estudios de biogeografía fueron desarrollados sobre los macroorganismos. Por lo tanto, y contrario de los animales y plantas, la biogeografía de los microorganismos y los mecanismos ecológicos y evolutivos subyacentes son bastante desconocidos, particularmente en los ambientes logísticamente desafiantes, como el Océano Austral”, comenta sobre la importancia de este trabajo Julieta Orlando, académica del Departamento de Ciencias Ecológicas de la Facultad de Ciencias de la U. de Chile y una de las investigadoras que participó en este estudio.
El trabajo, publicado en la revista Frontiers in Microbiology, comenzó con la recolección de erizos desde puntos distantes entre sí, específicamente de la Patagonia, de la Península Antártica y de las islas Kerguelen, archipiélago ubicado en los mares antárticos que colindan con el Océano Índico. Desde estos erizos, el equipo de investigadores de los proyectos Genomics Antarctic Biodiversity y Microbial Biogeography in the Southern Ocean: from communities to oligotypes obtuvo muestras de las bacterias para identificar similitudes y diferencias genéticas específicas que pudieran dar una idea del flujo genético de estos microorganismos en el Océano Austral.
Guillaume Schwob, investigador de la misma unidad de la U. de Chile y autor principal de este trabajo, explica que la elección de los erizos como hospederos de bacterias Spirochaeta se debe a que “tienen la particularidad de alimentarse y respirar por filtración del sedimento marino cercano, y -por lo tanto- viven en un tipo de ambiente marino bien definido, de tipo arenoso y bien oxigenado a baja profundidad. Esa estrategia nos permite asegurarnos de trabajar en un contexto ambiental lo más homogéneo posible, maximizando la probabilidad de encontrar taxones bacterianos compartidos entre las tres provincias del Océano Austral; una condición imprescindible para llevar a cabo los análisis de genética poblacional desarrollados en nuestro estudio. Además, hemos reportado en un trabajo anterior que el intestino de Abatus actúa como una especie de filtro de la diversidad microbiana del sedimento marino, facilitando la detección y caracterización de algunas especies bacterianas claves”.
Factores de aislamiento y conexión
Los resultados de la investigación comprueban que, al igual como ocurre con macroorganismos, el Frente Polar Antártico -zona de aguas frías y con distintas características químicas, físicas y biológicas respecto de los mares situados al norte y al sur del frente- actúa como una barrera biogeográfica para la dispersión de individuos, lo que se aprecia de manera más clara en la comparación entre muestras de la Patagonia y de la Península Antártica. “Ese aislamiento resulta en que las poblaciones bacterianas evolucionan de manera independiente una de la otra, es decir, se vuelven paulatinamente más diferentes genéticamente”, explica Julieta Orlando.
Por otra parte, el estudio también identificó la fuerte influencia de la Corriente Circumpolar Antártica -la corriente más larga y fuerte del Planeta- en la dispersión de los microorganismos analizados. De esta manera, “los flujos genéticos entre los diferentes sitios de muestreo sugieren la existencia de una barrera (Frente Polar Antártico) entre las zonas patagónicas y las zonas antárticas, aunque son muy cercanas geográficamente. Al contrario, nuestros resultados indican flujos genéticos muy altos entre zonas subantárticas alejadas por varios miles de kilómetros, sugiriendo la existencia de una cinta transportadora (Corriente Circumpolar Antártica) que facilita la dispersión de las bacterias”, detalla Guillaume Schwob.
Esta corriente, que circula en el sentido del reloj en torno al continente Antártico, es decir, de oeste a este, “permite una homogeneización más o menos intensa y permanente de las poblaciones conectadas. En nuestro estudio, los patrones revelados, estudiando las bacterias del género Spirochaeta, son muy similares a los observados en estudios previos involucrando macroorganismos”, complementa Julieta Orlando, quien agrega que “esa conexión puede ser interpretada al nivel de las poblaciones, con intercambios de individuos entre lugares distintos que hospedan una misma especie, pero también a nivel genético, cuando se considera el aporte de diversidad genética proveniente de los individuos transportados entre dos regiones conectadas por la Corriente Circumpolar Antártica”.
La amenaza del cambio climático
El Frente Polar Antártico es un área donde las aguas antárticas frías que fluyen hacia el norte se encuentran con las aguas relativamente más cálidas de la zona subantártica. Esta zona se caracteriza por cambios muy bruscos de salinidad (1 pss, “practical salinity scale”) y temperatura (3-5 °C de diferencia en superficie), lo cual genera condiciones adversas para la dispersión de los organismos, pero a la vez presenta un entorno único para el desarrollo de especies endémicas.
Esta barrera biogeográfica podría debilitarse progresivamente como consecuencia del cambio climático, fenómeno que representaría un nuevo entorno para las especies locales y -eventualmente- un ecosistema propicio para otras que hoy no habitan la zona, tanto para macroorganismos como para microorganismos. “Es difícil predecir el efecto del calentamiento global sobre los patrones de distribución y diversidad genética de las bacterias del género Spirochaeta (Espiroqueta) estudiadas, y de las bacterias en general. Sin embargo, es muy probable que los cambios relacionados a ese calentamiento, en términos de cambio de salinidad y temperatura, afecten negativamente al hospedero de estas bacterias. El grupo de erizos desde cuyos intestinos se obtuvo la información de las espiroquetas, es muy sensible al alza de temperatura del agua de mar y a la caída de la salinidad. Por lo tanto, si se afectan los hospederos, muy probablemente se afectarán las bacterias que viven en interacción con ellos, resultando potencialmente en el deterioro de la biodiversidad microbiana endémica del Océano Austral”, sostiene Guillaume Schwob.
Julieta Orlando, en tanto, indica que “como hemos descrito en nuestro trabajo anterior, también publicado en Frontiers in Microbiology, la alta abundancia de las espiroquetas dentro del intestino de los erizos de mar sugiere una interacción específica entre estas bacterias y el hospedero, mediante la cual las espiroquetas podrían contribuir a la nutrición de los erizos en un contexto ambiental oligotrófico, es decir, con baja disponibilidad de nutrientes”. Agrega, por otra parte, que “si bien aún se requieren más estudios para poder confirmar estas suposiciones, el hecho de que pudiera existir una dependencia mutua entre estos organismos -macro y micro-, da cuenta de la importancia de este tipo de estudios. Pese a que los microorganismos no son visibles a simple vista y muchas veces la importancia para sus hospederos no es considerada, si el calentamiento global altera el frente polar que aísla las poblaciones microbianas y de macroorganismos, se podría producir una homogeneidad en la diversidad, por lo cual algunas poblaciones podrían desaparecer aunque otras se favorezcan”.