Sequías prolongadas seguidas de repentinas ráfagas de lluvia: ¿cómo logran las bacterias del suelo del desierto sobrevivir en condiciones tan duras? Esta pregunta largamente debatida ha sido respondida por un proyecto del ERC dirigido por la microbióloga Dagmar Woebken del Centro de Microbiología y Ciencia de Sistemas Ambientales (CeMESS) de la Universidad de Viena.
El estudio revela que las bacterias del suelo del desierto están altamente adaptadas para sobrevivir a los rápidos cambios ambientales experimentados con cada lluvia. Estos hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Nature Communications .
Las tierras secas cubren más del 46% de la superficie terrestre mundial y se están expandiendo, no solo debido al cambio climático sino también a prácticas insostenibles de gestión de la tierra. Si bien rara vez se encuentran plantas en los desiertos, la vida invisible prospera bajo tierra. Los microorganismos ubicados en la llamada biocorteza (los milímetros o centímetros superiores del suelo del desierto) enriquecen el suelo con carbono y nitrógeno, y también ayudan a prevenir la erosión del suelo y a retener agua. Pero estos microbios viven en un entorno desafiante, enfrentando largos períodos de sequía con lluvias poco frecuentes.
Hasta ahora, no estaba claro cómo podrían mantener importantes funciones ecosistémicas en tales condiciones. Utilizando métodos de última generación en ecología microbiana , el equipo de Dagmar Woebken obtuvo información sobre la vida microbiana en estos suelos.
Las bacterias del suelo del desierto soportan largos períodos de sequía en un estado de latencia, pero se reactivan en respuesta a las precipitaciones, que son breves y muy raras. Los investigadores descubrieron una especie de estrategia de reactivación «todo incluido» en las biocortezas del desierto de Negev, Israel. Las bacterias aprovechan al máximo las precipitaciones; dentro de esta estrecha ventana de actividad, casi toda la diversidad microbiana del suelo (así como las células individuales) se activan.
«Cuando simulamos un evento de lluvia en el laboratorio, observamos que dentro de los primeros 15 a 30 minutos, casi todos los grupos taxonómicos cambiaron de un modo de reposo a un modo activo», explica Dimitri Meier, coprimer autor del estudio. «Esta es una característica notable de las bacterias del suelo del desierto , ya que en otros tipos de suelo muchos grupos de bacterias tardan mucho más en reactivarse». Cuando se reactivaran, las bacterias rápidamente comenzarían a generar energía y reparar sus genomas.
Stefanie Imminger y Arno Schintlmeister analizan microorganismos de biocrustas en NanoSIMS. Crédito: D. Woebken
Los primeros autores, Stefanie Imminger y Dimitri Meier, tomaron muestras de biocortezas en el desierto de Negev, Israel. Crédito: C. Baubin
Biocrustas en el desierto de Negev durante la estación seca. Crédito: S. Imminger
En el estudio, los investigadores simularon eventos de lluvia con agua marcada con isótopos estables (agua que contiene hidrógeno pesado). Utilizando NanoSIMS, examinaron células individuales para ver cuáles de ellas habían incorporado los átomos de hidrógeno pesados.
«Con este enfoque, podemos revelar la fracción de células de la biocorteza que se reactivan en un evento de lluvia. También podemos inferir si pueden crecer en eventos de lluvia breves que en los desiertos áridos a menudo solo duran de 1 a 2 días», explica Stefanie Imminger, Ph. .D. candidato y co-primer autor del estudio.
«Hemos descubierto que casi todas las células de la biocorteza se reactivan, pero que en estos breves episodios de lluvia sólo una pequeña proporción de las células podrían duplicarse». Por lo tanto, una gran proporción de las células de la biocorteza pueden aprovechar las lluvias para regenerarse y prepararse para la próxima sequía, pero no se produce división celular.
«Estos datos nos ayudan a comprender cómo las bacterias de la biocorteza hacen un uso óptimo de las breves ventanas de actividad que experimentan en los desiertos. Están idealmente adaptadas para soportar cambios a corto plazo en el contenido de agua del suelo, una situación muy estresante para las células. Esto les permite sobrevivir el aumento repentino del contenido de agua durante la lluvia, así como la posterior desecación.
«Además, la diversa comunidad microbiana es capaz de reactivarse inmediatamente, lo que resulta de gran beneficio cuando debe volver a un estado latente en unas pocas horas o días», afirma Dagmar Woebken, investigadora principal del estudio.
Los hallazgos de este estudio son relevantes no sólo para las zonas desérticas sino también para otras regiones. La capacidad de sobrevivir a la limitación de agua será cada vez más importante para los microorganismos del suelo en las regiones templadas, a medida que la frecuencia y la intensidad de las sequías aumentan debido al cambio climático. Los conocimientos adquiridos a partir de la investigación del suelo del desierto pueden ayudar a comprender qué características hacen que los microorganismos del suelo tengan éxito en sobrevivir a estos desafíos.
Más información: La supervivencia y la reanimación rápida permiten una productividad limitada en las comunidades microbianas del desierto, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46920-6
