Plantas marinas viven en simbiosis con bacterias que fijan nitrógeno
Así lo demuestran investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en un estudio publicado en la revista Nature.
Pastos marinos del Mediterráneo acogen bacterias en sus raíces y proporcionan el nitrógeno necesario para el crecimiento, una simbiosis que hasta ahora solo se conocía en plantas terrestres.
Así lo demuestran investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en un estudio publicado en la revista Nature.
Los pastos marinos están muy extendidos en las regiones costeras poco profundas de los mares templados y tropicales, y cubren hasta 600.000 kilómetros cuadrados, lo que equivale aproximadamente a la superficie de Francia. Constituyen la base de todo el ecosistema, que es el hogar de numerosos organismos, algunos de ellos en peligro de extinción como tortugas, caballitos de mar y manatíes, y lugar de cría de muchas especies de peces de importancia económica.
Además, las praderas marinas protegen las costas de la erosión por las mareas de tempestad y secuestran millones de toneladas de dióxido de carbono cada año, que se almacenan en el ecosistema como el llamado «carbono azul» durante largos periodos de tiempo.
El hábitat de muchas hierbas marinas es pobre en nutrientes, como el nitrógeno, durante gran parte del año. Aunque el nitrógeno es abundante en el mar en su forma elemental (N2), las hierbas marinas no pueden utilizarlo en esta forma así que estas plantas prospera gracias a sus socios microscópicos ahora descubiertos, estos simbiontes bacterianos que viven en las raíces de las plantas y que convierten el gas N2 en una forma que las plantas pueden utilizar.
Wiebke Mohr y sus colegas del Instituto Max Planck de Microbiología Marina, Hydra Marine Sciences de Bühl (Alemania) y el Instituto Suizo de Investigación del Agua Eawag describen ahora cómo funciona esta íntima relación entre las hierbas marinas y las bacterias.
«Se suponía que el llamado nitrógeno fijo para las praderas marinas proviene de las bacterias que viven alrededor de sus raíces en el fondo marino –explica Mohr en un comunicado–. Ahora demostramos que la relación es mucho más estrecha: Las bacterias viven dentro de las raíces de las hierbas marinas. Es la primera vez que se demuestra una simbiosis tan íntima en las hierbas marinas. Hasta ahora sólo se conocía en plantas terrestres, especialmente en especies de importancia agrícola como las legumbres, el trigo y la caña de azúcar».
También éstas tienen bacterias simbióticas, a las que suministran carbohidratos y otros nutrientes a cambio de nitrógeno fijado y también se produce un intercambio muy similar de productos metabólicos entre la hierba marina y su simbionte.
Las bacterias que viven en las raíces de las algas son un nuevo descubrimiento. Mohr y su equipo las llamaron Celerinatantimonas neptuna, en honor a su huésped, la hierba neptuna (Posidonia). Anteriormente se habían encontrado parientes de ‘C. neptuna’ en asociación con algas marinas.
«Cuando las hierbas marinas se trasladaron de la tierra al mar hace unos 100 millones de años, probablemente adoptaron las bacterias de las algas –especula Mohr–. Prácticamente copiaron el sistema que tuvo mucho éxito en tierra y luego, para sobrevivir en el agua de mar, pobre en nutrientes, adquirieron un simbionte marino».
El estudio actual se centró en las hierbas marinas del género Posidonia en el mar Mediterráneo. Sin embargo, este tipo de simbiosis también puede darse en otros lugares.
«Los análisis genéticos sugieren que también existen simbiosis similares en las hierbas marinas tropicales y en las marismas –subraya Mohr-. De este modo, estas plantas con flores consiguen colonizar una gran variedad de hábitats aparentemente pobres en nutrientes, tanto en el agua como en la tierra».
A medida que cambian las estaciones, la cantidad de nutrientes presentes en las aguas costeras varía. En invierno y primavera, los nutrientes presentes en el agua y los sedimentos parecen suficientes para las hierbas marinas.
«En esa época, encontramos simbiontes dispersos en las raíces de las plantas, pero probablemente no son muy activos», dice Mohr. En verano, cuando aumenta la luz solar y crecen cada vez más algas que consumen los pocos nutrientes disponibles, el nitrógeno escasea rápidamente. Entonces los simbiontes toman el relevo. Suministran directamente a las hierbas marinas el nitrógeno que necesitan. Así es como las hierbas marinas pueden alcanzar su mayor crecimiento en verano, cuando los nutrientes son más escasos en el entorno.
El presente estudio abarca todo el ecosistema, desde la productividad de las praderas marinas hasta los simbiontes que viven en sus raíces y, en última instancia, alimentan el sistema. Para lograrlo, los investigadores utilizaron diversos métodos para comprender la simbiosis de la forma más completa posible: Las mediciones de oxígeno realizadas en las aguas del mar Mediterráneo revelaron la productividad de la pradera marina.
Las técnicas de microscopía, en las que las especies bacterianas individuales se marcan con colores (conocidas como FISH), ayudaron a visualizar las bacterias en y entre las células de las raíces de las praderas marinas.
En el NanoSIMS, un espectrómetro de masas de última generación, mostraron la actividad de las bacterias individuales. Los análisis genómicos y transcriptómicos revelaron qué genes son probablemente especialmente importantes para la interacción y que estas vías son muy utilizadas.
Como resultado, los investigadores consiguieron proporcionar una descripción sólida y detallada de esta sorprendente colaboración. «Nuestro siguiente paso es estudiar estas nuevas bacterias con más detalle –avanza Mohr–. Queremos aislarlas en el laboratorio para seguir investigando cómo funciona la simbiosis y cómo se desarrolló. Sin duda, también será emocionante buscar sistemas comparables en otras regiones y hábitats».
