- La actividad humana produce calentamiento global y contamina el medio ambiente
- Microcistina: la sustancia que vuelve tóxicas a las floraciones de algas
- El estudio de Krausfeldt descubrió 30 tipos de cianobacterias nunca antes detectadas
El verano trae más horas llenas de de sol, de holgazanear con amigos y disfrutar del calor, pero también despierta una siniestra plaga que asfixia los cursos de agua y aniquila su fauna. Las floraciones de algas producen estragos y constituyen un auténtico dolor de cabeza para los usuarios del agua de todo el mundo. Microcystis es el género de cianobacterias más estudiado y temido, ya que se considera responsable de desencadenar estas floraciones de algas tóxicas. El calor del verano marca el inicio de una explosión de crecimiento en las algas, que se cree ocurre debido al aumento del fósforo, nitrógeno y otros nutrientes en los sistemas de agua, que a su vez encuentra su causal principal en la escorrentía de nutrientes provenientes de la agricultura y aguas residuales. Sin embargo, nuevas investigaciones sugieren que estos daños no son causados únicamente por Microcystis, sino que además participan otras especies de microbios.
Gracias a los avances en la secuenciación del ADN, nuevos resultados indican que la reducción de nutrientes por sí sola podría no resultar suficiente para evitar el crecimiento de estas masas tóxicas. Según algunos científicos, también hay que tener en cuenta los factores ecológicos y la ralentización de la contaminación. Un científico sugiere que los virus que atacan al principal competidor de la cianobacteria Microcystis podrían favorecer la proliferación de algas, mientras que otro sugiere que la fijación de nitrógeno por parte de otras bacterias podría constituir un estímulo adicional para su crecimiento.
Según Kevin Johnson, científico marino del Instituto Tecnológico de Florida que no participó en este trabajo de investigación, “Las interacciones biológicas entre especies ayudan a fomentar las floraciones. Cuantos más detalles comprendamos acerca del génesis de estas floraciones, mejor será nuestro conocimiento sobre cómo prevenirlas o controlarlas”. La actividad humana está causando un aumento de la temperatura en todo el mundo y contaminando el medio ambiente, fomentando el aumento de la incidencia de las floraciones de algas nocivas. Estas floraciones constituyen “un problema bastante complejo”, según Ariane Peralta, ecologista microbiana de la Universidad de Carolina del Este.
Aunque la reducción de la escorrentía de fertilizantes en algunos lagos pareció detener las floraciones, al final volvieron a aparecer. El lago Erie, que frecuentemente se ve asfixiado por la proliferación de algas, ha preparado un plan de acción similar. Sin embargo, expertos financiados por la Fundación Nacional de la Ciencia y otras agencias estadounidenses advierten que este enfoque podría resultar contraproducente. En 2014 una floración de algas en el lago Erie provocó una grave escasez de agua potable en la ciudad de Toledo, Ohio. En consecuencia, los Estados Unidos y Canadá acordaron reducir el contenido de fósforo del lago en un 40%.
Sin embargo, es posible que la solución a este problema no sea sencilla. Científicos simularon esta estrategia junto con el análisis de más de 100 artículos científicos relacionados y llegaron a la conclusión de que, si bien la reducción del fósforo puede disminuir las floraciones del lago Erie, también existe la posibilidad de que dichas floraciones se vuelvan aún más tóxicas. Como consecuencia del menor crecimiento microbiano, la fotosíntesis de las Microcystis que queden en el lago recibiría más luz solar y tendría más nitrógeno disponible—dos condiciones que son favorables para un aumento de su producción de microcistina, la substancia que vuelve tóxicas a las floraciones de algas. Entonces, ¿cuál sería la solución? Los científicos apuntan a que además sería necesario reducir los niveles de nitrógeno.
Sin embargo, eso no sería todo. La simulación científica también indicó que otros microbios podrían influir indirectamente en el impacto de la Microcystis. Históricamente, los científicos que investigan las floraciones de algas han pasado por alto el complejo ecosistema de habitantes microbianos dentro de un lago. Hay que tener en cuenta muchos factores, desde las vastas matrices de diatomeas y otros eucariotas y virus, hasta diversas bacterias. “Todo el mundo los pasa por alto, como si no fueran de interés para la gestión [de las aguas]”, indica Cody Sheik, ecólogo microbiano de la Universidad de Minnesota, en Duluth.
Identificar la acción de los microbios dentro de un ecosistema acuático ha sido una parte central del problema. Sin embargo, Lauren Krausfeldt, microbióloga de la Universidad Nova Southeastern, ha recurrido recientemente a la metagenómica, una estrategia de secuenciación de todo el ADN de las muestras de agua y otros entornos, para reconstruir el ecosistema microbiano del lago Okeechobee de Florida, el más grande del sudeste de los Estados Unidos.
Las floraciones anuales de algas durante el verano en el lago Okeechobee han comenzado a abrirse camino por los ríos y a extenderse hacia el Golfo de México y el Océano Atlántico, lo que supone un desastre para el Estado del Sol, ya que hace se vuelva necesario cerrar sus playas al público. Entre abril y septiembre de 2019—la principal temporada de floración—Krausfeldt y sus colegas recogieron múltiples muestras de agua en 21 puntos del lago. Utilizando fragmentos de ADN aislados de las muestras y secuencias, pudieron comenzar a identificar los genomas completos de especies específicas.
El estudio de Krausfeldt descubrió 30 tipos de cianobacterias que no habían sido detectadas previamente en el lago, algunas de las cuales resultaron nuevas para la ciencia. Entre ellas había 13 cianobacterias capaces de generar floraciones algales, según el informe presentado el mes pasado en Microbe 2022, la reunión anual de la Sociedad Americana de Microbiología. Krausfeldt comentó: “Me sorprendió el nivel de diversidad”.
Cuando no había floración de algas, los organismos más comunes eran las picocianobacterias. Sin embargo, a medida que se prolongaba la temporada de floración, el ADN de los virus bacterianos (conocidos como fagos) que infectan a las picocianobacterias aumentó notablemente. Poco después, la concentración de Microcystis tóxica aumentó exponencialmente. Gracias a un análisis de su genoma, existen algunos indicios de la causa: Microcystis cuenta con varias defensas antivirales que las picocianobacterias no tienen, como por ejemplo el sistema del que derivó CRISPR, el editor del genoma. La cianobacteria formadora de floraciones también posee genes que le permiten almacenar nitrógeno. Este nutriente esencial puede proporcionar otra ventaja competitiva sobre los muchos microbios del lago que no cuentan con esa capacidad.
Krausfeldt supone que los fagos permanecen inactivos hasta que alguna señal ambiental desconocida los activa. Krausfeldt propone la hipótesis de que luego que el virus comienza a atacar a más y más picocianobacterias, el nitrógeno y el fósforo recientemente disponibles y el aumento de la luz disponible alimentan una floración de Microcystis. Su conclusión es que la destrucción de las células huésped por parte de los fagos podría liberar aún más nutrientes, lo que resulta fundamental para permitir la proliferación de algas.
Sheik, que indica que no había considerado los fagos como un factor en las floraciones pero que ahora quiere explorar esa dinámica viral, adopta la mentalidad ecosistémica de Krausfeldt. En este sentido, comenta lo siguiente: “Al adoptar un enfoque holístico, podemos entender mejor cómo los organismos de apoyo pueden ayudar a sustentar las floraciones”.
Además de realizar evaluaciones de la actividad genética, Sheik y sus colegas han añadido la metagenómica a sus estudios de varios lagos pequeños de Minnesota. Estos lagos no sólo contienen Microcystis, sino que además albergan otra cianobacteria formadora de floraciones conocida como Dolichospermum. Entre los años 2020 y 2021, Sheik y su equipo vieron cómo Dolichospermum se convertía rápidamente en el microbio más abundante, para luego disminuir su población en el mes de julio. Los niveles de nitrógeno en el lago se dispararon y cayeron en paralelo con el microbio, lo que implica que estaba fijando el nitrógeno y aumentando su concentración en el agua.
El nitrógeno suele ser menos abundante en estos lagos relativamente prístinos, a pesar de que dicho nutriente resulta esencial para la producción de microcistina. Eso podría explicar por qué Sheik y sus colegas observaron que los niveles de Microcystis y su toxina aumentaban tras la floración de Dolichospermum, que fija el nitrógeno. Sheik comenta: “Microcystis debe depender de otras especies del ecosistema de agua dulce para fijar el nitrógeno o para reciclarlo descomponiendo otras formas de vida”.
Benjamin Wolfe, microbiólogo de la Universidad de Tufts, dice acerca del trabajo de metagenómica: “me ha sorprendido”, ya que puede ilustrar en gran detalle las interacciones microbianas del lago.
Las pruebas que se desprenden de los estudios sobre el Dolichospermum muestran lo complejas que pueden ser las floraciones de algas. Sin embargo, también hay buenas noticias. En los Estados Unidos, las especies de Dolichospermum carecen de los genes necesarios para fabricar toxinas, a diferencia de lo que ocurre en Europa. Eso, al menos por ahora, según indica Sheik, que tiene previsto seguir vigilando su aparición en sus estudios metagenómicos.
La dinámica microbiana y el modo en que impulsa el crecimiento de las algas es un tema complejo, y aun quedan muchas preguntas por responder. Cuanto más investigamos, menos respuestas y más preguntas tenemos. “Estamos luchando por comprender qué partes de las complejas comunidades microbianas están cambiando y qué podemos cambiar para producir un resultado diferente”, dice Peralta. Sin embargo, es optimista y cree que, con el tiempo, “podremos descubrir qué palancas podemos accionar”.