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Minúsculos microbios ejercen un enorme poder sobre los Grandes Lagos, pero muchas especies siguen siendo un misterio.


Cerca del punto más profundo del lago Michigan, la tripulación a bordo del barco de investigación Blue Heron baja un dispositivo equipado con un grupo de botellas de 8 litros en las aguas azul oscuro hasta que desaparece de la vista.


por Tony Briscoe


Después de un descenso de 10 minutos, el artilugio con estructura de metal conocido como roseta finalmente cae en el fondo embarrado a aproximadamente 860 pies debajo de la superficie. Entre Green Bay y Traverse City, Michigan, se encuentra un lugar sin luz solar, lo suficientemente profundo como para sumergir por completo un rascacielos de 74 pisos y donde las temperaturas aún rondan los 39 grados.

En la cubierta del arrastrero, los técnicos marinos invierten el torno, y la roseta se tambalea hacia arriba, desplegando botes para recuperar muestras de agua del abismo.

Mientras que el agua del lago parece cristalina, el equipo de científicos de la Universidad de Chicago sabe que está lleno de vida. Cada gota contiene una gran cantidad de especies tan pequeñas que docenas podrían caber en una mancha del ancho de un cabello humano.

«Cuando la mayoría de las personas miran hacia el lago, piensan en peces», dijo Maria Hernández Limon, una estudiante graduada que estudia microbiología en la Universidad de California. «Pero hay más órdenes de bacterias «.

A pesar de su tamaño minúsculo, los microorganismos, incluidos bacterias, virus y algas, se encuentran entre los reguladores ambientales más prolíficos del planeta. Estas pequeñas especies unicelulares ejercen la capacidad de alterar el clima de la Tierra, propagar enfermedades humanas, regular el metabolismo de los animales y algunas sirven como el componente básico de la cadena alimenticia acuática. En los Grandes Lagos, que proporcionan agua potable a 48 millones de personas y apoyan una pesquería recreativa de $ 7 mil millones, los investigadores no saben casi nada sobre algunos de los microbios más abundantes.

A medida que las tendencias climáticas de los Grandes Lagos hacen más probable la proliferación de algas nocivas y plantean dudas sobre el comportamiento de otros microorganismos, esta investigación ha adquirido un sentido de urgencia.

En 2012, Maureen Coleman, profesora asistente de ciencias de la tierra en la U. de C., comenzó el primer estudio a largo plazo de microorganismos en los cinco Grandes Lagos para comprender mejor qué microbios están presentes en la región y qué papel desempeñan en la región. ambiente.

Hasta ahora, después de analizar muestras de cuatro años, el equipo ha descubierto alrededor de 160 nuevas especies. Con fondos de la National Science Foundation, los científicos de la Universidad de Carolina del Norte se embarcaron en una expedición de muestreo de seis días desde Milwaukee a Duluth, Minnesota. El barco de investigación se dirigió a los arrecifes de desove de la trucha de lago colonizados por mejillones invasores, a lo largo del estrecho de Mackinac, hasta el río St. Marys, a través de las esclusas de Soo y sobre un lago frío y brumoso.

«No apreciamos a menudo los microbios que nos rodean, pero los Grandes Lagos están llenos de ellos», dijo Coleman. «Cada gota de agua que tragas cuando estás nadando en el Lago Michigan tiene aproximadamente 1 millón de células bacterianas y 10 millones de virus. Nuestro objetivo es entender quién está allí y qué están haciendo, y luego, finalmente, entender cómo están cambiando con el tiempo». . «

Esta investigación ha adquirido mayor importancia ya que algunos organismos microscópicos han demostrado una capacidad de proliferar rápidamente, a veces con consecuencias desastrosas. En las últimas dos décadas, las floraciones masivas de cianobacterias tóxicas han sobrepasado la cuenca occidental del lago Erie cada primavera, un fenómeno visible desde el espacio y uno que hizo que el agua potable no fuera segura para el consumo en Toledo en 2014.

«Siempre pensé que esto era un problema para el lago Erie y para ninguno de los otros Grandes Lagos», dijo Coleman, cuyo equipo ha encontrado nuevas especies de cianobacterias en los lagos Superior y Erie. «Pero, lamentablemente, ese no es el caso. Incluso el verano pasado hubo floraciones de algas dañinas en el Lago Superior, cerca de las Islas Apóstoles, y tal vez es donde pensamos en el ambiente más prístino de los Grandes Lagos. El hecho de que están sucediendo en el Lago Superior. , que es el menos afectado por la influencia humana, es realmente aterrador.

«Creo que tenemos que entender cómo el ecosistema microbiano se desequilibra hasta el punto de que una especie tóxica puede tener un impacto tan grande en nosotros. Creo que la proliferación de algas nocivas es alarmante, y las vemos cada vez más en lagos de todos los lagos. clases «.

Las cianobacterias capturan la luz solar y producen gran parte del oxígeno de la Tierra, similar a las plantas. Sin embargo, algunos tipos de cianobacterias también producen toxinas, que pueden causar daño hepático si los humanos las consumen en el agua potable, y los científicos aún no comprenden completamente los factores desencadenantes.

«Podría ser matar a sus competidores, si muchos otros microbios compiten por los mismos nutrientes», dijo Coleman. «Entonces, una cepa podría hacer que este compuesto tóxico matara a otras bacterias, pero, por sí misma, podría tener inmunidad contra ella».

Las toxinas se producen principalmente en el verano, lo que hace que algunos científicos reflexionen sobre si la luz solar o la temperatura influyen.

Este año, las lluvias históricas en toda la región han lavado los nutrientes de las aguas residuales y los campos agrícolas en los cursos de agua que alimentan el lago Erie y el Golfo de México, donde se pronostica una proliferación de algas excepcionalmente grande y condiciones de bajo oxígeno conocidas como zonas muertas. En un mundo que se calienta, se espera que áreas como el Medio Oeste vean lluvias más intensas, más inundaciones y temperaturas más cálidas del agua, tal vez una receta para una mejor incubación de algunas bacterias.

«En general, creemos que la química se acelera y las cosas crecen más rápido a medida que las temperaturas se calientan», dijo Coleman. «Pero no va a afectar a todos los microbios por igual. No existe un marco verdadero para predecir lo que sucederá».

Los científicos pueden identificar cianobacterias coloridas debido a su pigmento fluorescente, que utilizan para capturar diferentes longitudes de onda de la luz solar. Sin embargo, muchos microbios de los Grandes Lagos siguen siendo un misterio porque no se distinguen claramente cuando se observan con un microscopio.

Se sabe relativamente más acerca de la vibrante comunidad de microorganismos que residen cerca de la superficie de los lagos, incluidos aquellos que utilizan la luz solar para obtener energía. Aquellos que viven en las aguas del fondo, áreas frías y desoladas con pocos nutrientes, permanecen oscuros.

Después de recoger el agua del lago desde cientos de pies por debajo de la superficie en botellas opacas, los investigadores de la Universidad de Carolina del Norte llevaron las muestras a un oscuro laboratorio debajo de la cubierta, donde solo brillaba una bombilla roja. El equipo hizo circular rápidamente el agua del lago a través de filtros para recolectar una pequeña cantidad de microbios en una almohadilla de malla, que colocaron en viales y se sumergieron en un tanque de nitrógeno líquido para congelarlos rápidamente.

Al secuenciar el ADN de los microbios que se encuentran en los cientos de filtros, los científicos podrán identificar las especies que han recolectado y lo que sus genes les permiten hacer. Al congelar rápidamente algunas muestras, las pruebas adicionales podrán indicar a los científicos si los microbios estaban produciendo toxinas o realizando una fotosíntesis o alguna otra acción cerca del momento en que se recolectaron.

Uno de los investigadores, Justin Podowski, un estudiante graduado de la U. de C., estudió inicialmente microbiología y astronomía con la esperanza de promover la búsqueda de vida extraterrestre. Podowski fue cautivado por la capacidad de los microbios para sobrevivir en una variedad de condiciones extremas, como aguas termales, cráteres volcánicos, permafrost antártico y suelos oceánicos.

De alguna manera, incluso sin oxígeno, e independientemente de la temperatura, la salinidad o el pH, estos organismos aún podrían perseverar. Quizás, las condiciones en otros planetas tampoco serían un obstáculo.

Pero el nativo de Grayslake más tarde supo que no necesitaba un vehículo móvil o un telescopio de alta potencia para encontrar una nueva especie. Podowski estaba al borde del descubrimiento en su propio patio, donde creció para apreciar que sobrevivir en las regiones remotas y profundas de los Grandes Lagos puede ser una hazaña notable por sí sola.

«En las aguas profundas, hay poca luz o nutrientes, pero todavía hay muchas bacterias», dijo Podowski. «Queremos saber cómo se ganan la vida».

Varios de estos microorganismos de aguas profundas, conocidos como nitrificadores, obtienen energía al procesar nitrógeno de los excrementos de los animales y generalmente son extremadamente sensibles a la luz solar. Podowski y los investigadores de la U. de C., sin embargo, han detectado una nueva especie de bacteria que parece ser una anomalía.

«A pesar del hecho de que vive en las aguas realmente profundas, tiene una enzima que creemos que puede permitirle utilizar la luz solar como una forma de energía», dijo Podowski. «Eso es algo realmente genial y novedoso, porque en este campo de estudio de los microorganismos nitrificantes, hay muchas pruebas convincentes de que la luz las inhibe. Puedes tomar un nitrificador aislado, cultivarlo y exponerlo a la luz. deja de crecer «.

Si bien el proceso de descomponer los compuestos de nitrógeno protege la calidad del agua, puede conducir a la producción de potentes gases de efecto invernadero, como el óxido nitroso, un gas que atrapa el calor 300 veces más potente que el dióxido de carbono.

Como trillones de mejillones quagga se han extendido por los lagos Michigan y Huron, las especies invasoras han consumido gran parte del plancton, contaminando el fondo del lago con sus desechos y posiblemente brindando a estos microbios una mayor fuente de energía.

Podowski está estudiando qué influencia, si la hubiera, tendrá el excremento de mejillón quagga en las poblaciones microbianas del lago, incluida la abundancia o el comportamiento de los microbios procesadores de nitrógeno.

Tan enigmático como pueden ser los microorganismos, puede ser incluso más difícil rastrear sus orígenes. Los Grandes Lagos, que fueron formados por glaciares al final de la última era de hielo hace 10.000 años, todavía son relativamente nuevos en comparación con otros cuerpos de agua. Sin embargo, comparten la misma composición microbiana con los lagos de todo el mundo.

No está claro cómo algunos de los microbios descubiertos por la U. de C. los científicos residieron aquí. Existe la posibilidad de que hayan evolucionado a partir de las especies existentes, especialmente considerando que las bacterias son parangones de adaptabilidad.

Las inundaciones severas continúan expulsando microorganismos del suelo a los Grandes Lagos, lo que podría alterar su composición.

Los científicos de la U. de C. creen que también hay un cruce de los océanos, tal vez de los microbios que se guardan en el agua de lastre de los barcos en tránsito.

«Tradicionalmente, hemos encontrado que es difícil pasar del agua de mar al agua dulce y viceversa. Pero hemos encontrado estas bacterias marinas y no sabemos lo que están haciendo», dijo Coleman.

Otra posibilidad es que estos microbios simplemente han eludido la detección humana hasta ahora.

Si ese fuera el caso, no sería una sorpresa para Coleman. Como estudiante de pregrado, sus libros de texto enseñaban que había cinco reinos de la vida: plantas, animales, bacterias, hongos y protistas. Desde entonces, un sexto reino conocido como archaea, que consiste solo en microbios unicelulares, es ampliamente reconocido.

No fue hasta la década de 1980 que el futuro doctor de Coleman Ph.D. La asesora del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Penny Chisholm, descubrió las cianobacterias oceánicas conocidas como Prochlorococcus, que se cree que es uno de los microbios más abundantes en la Tierra. Con la investigación recién comenzando en los Grandes Lagos, las posibilidades parecen ilimitadas.

«Básicamente hemos reconstruido todo el árbol de la vida, y ahora lo pensamos de una manera completamente diferente. Estamos descubriendo nuevos filos de microbios, la siguiente categoría más grande debajo de los reinos», dijo Coleman. «Estos son enormes grupos nuevos que son antiguos y que nunca hemos reconocido antes. Los libros de texto se están reescribiendo por completo».