Un experimento de más de 1.000 generaciones con una diatomea revela que el CO₂ elevado puede favorecer el crecimiento mientras reduce el fósforo orgánico celular bajo escasez de fosfato, con posibles efectos sobre el ciclo de nutrientes del océano
Redacción: Redacción Noticias de la Tierra
Editor: Karem Díaz S.
El aumento del dióxido de carbono está modificando la manera en que determinadas células del fitoplancton utilizan el fósforo, un nutriente esencial para la productividad marina. Un estudio dirigido por investigadores del Yellow Sea Fisheries Research Institute y el Harbin Institute of Technology, en China, encontró que una diatomea sometida durante más de 1.000 generaciones a concentraciones elevadas de CO₂ desarrolló cambios persistentes en crecimiento y fijación de carbono, mientras reorganizaba su metabolismo del fósforo cuando este nutriente escaseaba.
La investigación, publicada el 5 de octubre de 2026 en Nature Geoscience, combinó experimentos de evolución a largo plazo, análisis moleculares, comunidades naturales de fitoplancton y modelos del sistema terrestre. Los resultados indican que la acidificación oceánica y la limitación de fosfato pueden actuar conjuntamente sobre la química interna de estos microorganismos y alterar la proporción entre el carbono que acumulan y el fósforo que contienen.
El hallazgo no significa que todo el fitoplancton responderá de la misma manera. Los propios investigadores advierten que los efectos de la acidificación sobre el metabolismo del fósforo probablemente varíen entre diferentes grupos. Sin embargo, el trabajo proporciona evidencia experimental de un mecanismo capaz de modificar el reciclaje de nutrientes en regiones oceánicas donde el fosfato ya limita la productividad.
La cuestión resulta especialmente relevante porque investigaciones anteriores han encontrado respuestas distintas frente al aumento del CO₂. En aguas tropicales y subtropicales, por ejemplo, la acidificación puede reducir la producción primaria de determinados grupos de fitoplancton eucariota. El nuevo estudio muestra otra dimensión del problema: incluso cuando algunas células mantienen o aumentan su crecimiento, su composición interna puede cambiar.
Una diatomea fue cultivada durante 880 días
El equipo trabajó con Thalassiosira pseudonana, una diatomea marina utilizada habitualmente en investigaciones sobre fisiología y biogeoquímica del fitoplancton. Los cultivos se mantuvieron durante 880 días, suficientes para superar las 1.000 generaciones.
Los científicos establecieron cuatro condiciones experimentales. Una reproducía concentraciones ambientales de CO₂ y disponibilidad suficiente de fosfato; otra mantenía el CO₂ ambiental pero reducía el fosfato; una tercera combinaba abundancia de fosfato con CO₂ elevado; y la cuarta sometía las células simultáneamente a CO₂ elevado y escasez de fosfato.
Las condiciones de referencia utilizaron aproximadamente 420 microatmósferas de CO₂, mientras los tratamientos de acidificación alcanzaron unas 1.000 microatmósferas. Para el fósforo, los investigadores compararon concentraciones de fosfato de 2,0 y 0,2 micromoles por litro.
Durante el experimento midieron crecimiento, fotosíntesis, respiración, expresión genética, metabolitos y diferentes componentes celulares relacionados con el fósforo. Esta duración permitió separar respuestas inmediatas de aclimatación de cambios que aparecieron después de cientos de generaciones.
La disponibilidad de nutrientes constituye uno de los principales controles de la productividad marina. Procesos físicos como las ondas de Rossby pueden modificar el acceso del fitoplancton al fosfato, nitrato, hierro y silicato al desplazar verticalmente la termoclina, por lo que los efectos de la acidificación ocurren sobre un océano donde los nutrientes ya presentan fuertes variaciones espaciales y temporales.
El CO₂ elevado dejó cambios persistentes en crecimiento y fotosíntesis
Las líneas de Thalassiosira pseudonana mantenidas durante largo tiempo bajo CO₂ elevado mostraron mayores tasas de crecimiento y fijación de carbono. Parte de esa respuesta persistió cuando los investigadores trasladaron posteriormente las células a concentraciones ambientales de CO₂.
Este resultado permitió a los autores diferenciar entre plasticidad fisiológica y cambios heredables desarrollados durante la selección experimental. Las modificaciones persistentes en crecimiento y fijación de carbono fueron interpretadas como una respuesta evolutiva al tratamiento prolongado con CO₂ elevado.
La capacidad de las diatomeas para responder a cambios ambientales ya había sido observada desde otras perspectivas. Estos microorganismos presentan mecanismos genéticos y fisiológicos que pueden favorecer su adaptación, y la duplicación del genoma ha sido estudiada como una vía de resiliencia de las diatomeas frente a condiciones oceánicas cambiantes.
Pero una mayor tasa de crecimiento bajo determinadas condiciones experimentales no debe interpretarse como una señal de que la acidificación sea beneficiosa para el ecosistema marino. El estudio muestra simultáneamente que el contenido y la distribución interna de un nutriente fundamental pueden cambiar de manera sustancial.
Las células llegaron a contener alrededor de 26 % menos fósforo
La diferencia más importante apareció cuando el CO₂ elevado coincidió con una disponibilidad limitada de fosfato. Bajo esas condiciones, las diatomeas redujeron aproximadamente un 26 % su contenido de fósforo orgánico particulado en relación con el carbono a lo largo del experimento.
A diferencia de los cambios persistentes observados en crecimiento y fijación de carbono, la reducción del fósforo celular se revirtió cuando las células fueron transferidas entre condiciones de CO₂. Esto indica que la reorganización del fósforo fue principalmente una respuesta plástica dependiente del ambiente y no un cambio evolutivo fijado de manera permanente.
Los análisis multi-ómicos permitieron investigar cómo conseguían las células continuar creciendo con una menor inversión de fósforo. Los resultados mostraron una reducción de las reservas celulares de este elemento y un aumento de lípidos de membrana que no contienen fósforo.
Esta sustitución permite disminuir la cantidad de fósforo necesaria para construir y mantener determinadas estructuras celulares. En términos biogeoquímicos, significa que la acumulación de carbono puede separarse progresivamente del almacenamiento de fósforo dentro del fitoplancton.
La respuesta también apareció en comunidades naturales
Para comprobar si el fenómeno se limitaba a cultivos de laboratorio, el equipo realizó experimentos de mesocosmos con comunidades naturales de fitoplancton costero. En estaciones con poca disponibilidad de fosfato, la acidificación también estuvo asociada con menores cantidades de fósforo orgánico particulado.
Los investigadores analizaron además conjuntos globales de expresión genética. En regiones caracterizadas por concentraciones elevadas de CO₂ y poco fosfato encontraron una mayor expresión de rutas relacionadas con lípidos de membrana que no requieren fósforo, coherente con el mecanismo observado experimentalmente.
Esto resulta importante porque las concentraciones de nutrientes no son constantes en el océano. El hierro, por ejemplo, puede limitar fuertemente el crecimiento en determinadas regiones y mediciones cerca de Hawái han revelado importantes variaciones estacionales en el hierro disponible para el fitoplancton.
Las proporciones entre nutrientes también pueden alterarse por actividades humanas. Un análisis reciente encontró que el aporte antropogénico de nitrógeno domina una cuarta parte de las aguas costeras estudiadas, mientras cambios en fósforo y silicio pueden favorecer unas comunidades de fitoplancton frente a otras.
El fósforo podría desacoplarse del carbono en un océano más ácido
El fitoplancton incorpora carbono mediante fotosíntesis y utiliza nutrientes como nitrógeno, fósforo, hierro y silicio para construir biomasa. La relación entre esos elementos influye en el funcionamiento de las redes alimentarias y en los ciclos biogeoquímicos del océano.
Si determinadas especies pueden acumular más carbono utilizando proporcionalmente menos fósforo, la composición elemental de la materia orgánica marina podría cambiar. Esto modificaría la cantidad de fósforo retenida temporalmente en biomasa y la que vuelve a quedar disponible para otros organismos.
Los modelos del estudio proyectaron cambios muy grandes en el fósforo orgánico particulado bajo escenarios futuros de emisiones. Sin embargo, estas proyecciones presentan una incertidumbre considerable y dependen de cómo los procesos observados experimentalmente se representen a escala global.
Los autores estimaron descensos del fósforo orgánico particulado de entre 211 % y 2.185 % en sus métricas modeladas hacia 2100 bajo los escenarios SSP2-4.5 y SSP5-8.5, respectivamente. La magnitud y la formulación de estas proyecciones deben interpretarse dentro del marco específico del modelo empleado y no como una medición directa de una futura disminución global del fósforo oceánico.
La acidificación es consecuencia de la absorción de CO₂ atmosférico
El océano absorbe una parte importante del dióxido de carbono emitido por las actividades humanas. Cuando el CO₂ se disuelve en el agua marina participa en reacciones químicas que aumentan la concentración de iones de hidrógeno y reducen el pH, proceso conocido como acidificación oceánica.
Esta absorción contribuye a moderar la acumulación de CO₂ en la atmósfera, pero modifica la química del mar. La relación entre ambos procesos ha llevado incluso a investigar técnicas destinadas a aumentar artificialmente la alcalinidad del océano para favorecer una mayor captura de dióxido de carbono, aunque sus efectos ecológicos y su viabilidad a gran escala continúan bajo estudio.
El nuevo trabajo muestra que las consecuencias de la acidificación no se limitan a organismos que construyen conchas o esqueletos de carbonato cálcico. También pueden alcanzar procesos metabólicos internos de organismos fotosintéticos microscópicos y modificar la forma en que utilizan nutrientes fundamentales.
Los efectos no pueden extrapolarse a todo el fitoplancton
Una de las principales cautelas del estudio es que el experimento evolutivo de largo plazo se realizó con una especie concreta, Thalassiosira pseudonana. El fitoplancton incluye una enorme diversidad de diatomeas, cocolitóforos, dinoflagelados, cianobacterias y otros microorganismos con estrategias metabólicas diferentes.
Los propios autores señalan que la dirección de los cambios en el metabolismo del fósforo asociados con la acidificación probablemente no sea universal entre todos los grupos taxonómicos. Una comunidad marina real también está sometida simultáneamente a variaciones de temperatura, luz, mezcla de las aguas, depredación y disponibilidad de múltiples nutrientes.
Esa complejidad aparece en observaciones a gran escala. En el Atlántico nororiental, más de seis décadas de registros muestran cambios en las comunidades planctónicas asociados con calentamiento, descenso del pH y alteraciones en los nutrientes, sin que pueda atribuirse la respuesta ecológica a un único factor.
La fortaleza del nuevo trabajo reside en combinar más de 1.000 generaciones de evolución experimental con pruebas de transferencia, análisis moleculares, mesocosmos costeros, datos globales de expresión genética y modelización del sistema terrestre. Esa integración permite identificar un mecanismo concreto que ahora podrá evaluarse en otras especies y regiones oceánicas.
Los resultados sugieren que un océano con más CO₂ puede cambiar no solo cuánto fitoplancton crece, sino también de qué está hecha su biomasa. Si ese reajuste del fósforo se extiende entre diferentes comunidades, sus consecuencias podrían propagarse hacia el reciclaje de nutrientes, las redes alimentarias y el ciclo marino del carbono, aunque determinar su magnitud global requerirá nuevas observaciones y experimentos.
Fuentes referenciales:
Nature Geoscience — Ocean acidification reshapes phytoplankton phosphorus metabolism under phosphate-limited conditions
Phys.org — The internal chemistry of phytoplankton changes as oceans become more acidic
