Investigadores del MIT descubrieron que Prochlorococcus, una de las cianobacterias más abundantes del planeta, puede adherirse a partículas marinas y formar biopelículas. El hallazgo modifica la comprensión de su papel en el transporte de carbono hacia las profundidades del océano.
Redacción: Redacción Noticias de la Tierra
Editor: Karem Díaz S.
Un microorganismo que durante décadas fue considerado principalmente un habitante solitario de las aguas superficiales del océano ha revelado una capacidad inesperada. Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, descubrieron que la cianobacteria marina Prochlorococcus puede adherirse a partículas, formar comunidades celulares y cambiar entre una existencia libre y otra asociada a superficies. Este comportamiento podría modificar las estimaciones sobre su participación en el transporte de carbono hacia el océano profundo.
La investigación, difundida por el MIT el 21 de octubre de 2026 y publicada originalmente el 15 de septiembre en la revista Nature Communications, demuestra que Prochlorococcus no vive exclusivamente como células individuales suspendidas en el agua. También puede formar biopelículas, agrupaciones de microorganismos que permanecen adheridos a una superficie y presentan características fisiológicas diferentes.
El estudio fue encabezado por Maya I. Anjur-Dietrich, investigadora posdoctoral del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, y contó con la participación de Sallie W. Chisholm, científica que contribuyó al descubrimiento y estudio de este microorganismo marino.
Los científicos encontraron que las células adheridas liberaban más carbono orgánico al agua que las células libres y que este comportamiento estaba presente en distintas variedades de Prochlorococcus. Además, identificaron señales genéticas de células asociadas con partículas en muestras oceánicas obtenidas a profundidades de hasta 1.000 metros.
El descubrimiento plantea que una parte del carbono incorporado por este microorganismo mediante la fotosíntesis podría desplazarse hacia aguas profundas al quedar asociada con partículas que se hunden.
Prochlorococcus participa en una parte importante de la fotosíntesis marina
Prochlorococcus es una cianobacteria fotosintética extremadamente pequeña y ampliamente distribuida en los océanos. Habita principalmente las aguas iluminadas, donde utiliza la energía solar para transformar carbono inorgánico en materia orgánica.
A pesar de su tamaño microscópico, su abundancia convierte a este organismo en un componente fundamental de la productividad biológica marina.
Los investigadores estiman que Prochlorococcus es responsable de aproximadamente el 10 % de la fijación anual de carbono realizada por los organismos fotosintéticos del océano.
Durante la fotosíntesis, estas células incorporan carbono inorgánico disuelto, procedente en parte del dióxido de carbono intercambiado entre el océano y la atmósfera, y lo utilizan para producir materia orgánica.
Una parte de esa materia alimenta las redes tróficas marinas. Otra puede ser liberada al agua en forma de compuestos orgánicos que aprovechan diferentes microorganismos.
Hasta ahora, Prochlorococcus se consideraba principalmente una cianobacteria que flotaba libremente en las capas superficiales y cuyo carbono se reciclaba con relativa rapidez dentro de los ecosistemas marinos.
Por ese motivo, se suponía que su contribución directa al transporte de carbono hacia grandes profundidades era relativamente limitada.
Sin embargo, el nuevo estudio muestra que esa interpretación no contemplaba completamente su capacidad de adherirse a partículas y formar comunidades celulares.
Los científicos descubrieron que las células pueden formar biopelículas
La investigación comenzó a partir de observaciones realizadas durante años en cultivos de laboratorio.
Los científicos habían detectado acumulaciones de células adheridas a las paredes y al fondo de los recipientes utilizados para mantener Prochlorococcus.
Esas agrupaciones sugerían que el microorganismo podía presentar un comportamiento diferente del esperado para una especie considerada esencialmente de vida libre.
Para investigar el fenómeno, el equipo examinó siete cepas que representaban diferentes ramas evolutivas de Prochlorococcus, incluidas variedades adaptadas a condiciones de alta y baja iluminación.
Los experimentos demostraron que todas las cepas estudiadas tenían capacidad para formar biopelículas.
En los cultivos iniciales, aproximadamente el 6 % de las células permanecía adherido a las paredes de los recipientes.
Cuando los investigadores seleccionaron repetidamente las células adheridas y las transfirieron a nuevos medios de cultivo, la proporción aumentó hasta alcanzar alrededor del 85 % en determinadas poblaciones experimentales.
Este resultado demostró que la tendencia a permanecer adheridas podía mantenerse y reforzarse a lo largo de generaciones celulares.
También confirmó que la capacidad de formar biopelículas no estaba restringida a una única variedad del microorganismo.
Las células cambiaban de comportamiento sin modificar su ADN
Uno de los aspectos más sorprendentes apareció cuando los científicos compararon las características genéticas de las células libres y adheridas.
El equipo secuenció sus genomas para determinar si la capacidad de formar biopelículas dependía de una mutación genética específica.
Los resultados no identificaron una modificación del ADN que explicara la diferencia entre ambos estados.
En cambio, los investigadores observaron que células genéticamente equivalentes podían permanecer suspendidas en el agua o adherirse a superficies.
Las poblaciones también podían cambiar nuevamente de comportamiento. Una comunidad predominantemente adherida podía producir células libres y regresar progresivamente a una condición planctónica.
Este fenómeno indica que la formación de biopelículas depende de mecanismos reguladores capaces de modificar la actividad de los genes sin necesidad de alterar su secuencia.
El estudio describe este comportamiento como un estado dinámico y reversible que puede transmitirse entre generaciones celulares mediante mecanismos no genéticos.
La capacidad de alternar entre diferentes formas de vida podría proporcionar ventajas ecológicas en ambientes oceánicos donde cambian constantemente la disponibilidad de nutrientes, la iluminación y las interacciones con otros microorganismos.
Las biopelículas modificaron la actividad metabólica del microorganismo
Los investigadores también analizaron si las células adheridas funcionaban de la misma manera que aquellas que permanecían libres en el agua.
Los experimentos revelaron diferencias importantes.
Las células organizadas en biopelículas contenían mayores cantidades de clorofila y presentaban tasas de crecimiento más lentas.
Sin embargo, liberaban casi el doble de carbono orgánico al medio circundante en comparación con las células planctónicas.
Esta diferencia resulta relevante porque los compuestos orgánicos liberados por los microorganismos fotosintéticos pueden convertirse en recursos para otras especies de bacterias marinas.
Las comunidades microbianas del océano mantienen una compleja red de intercambios químicos que influye sobre la disponibilidad de nutrientes y el destino del carbono.
Investigaciones anteriores han identificado compuestos orgánicos liberados por el fitoplancton que alimentan el intercambio de carbono entre microorganismos marinos, mostrando que la actividad fotosintética también sostiene procesos de reciclaje químico que no son visibles a simple vista.
El nuevo estudio añade que la cantidad de carbono liberado puede variar según el modo de vida de una misma cianobacteria.
Esto significa que la distribución entre células libres y adheridas podría influir en la dinámica de las comunidades microbianas y en la circulación de materia orgánica dentro del océano.
Las muestras oceánicas confirmaron que el fenómeno ocurre en la naturaleza
Los experimentos de laboratorio demostraron que Prochlorococcus podía formar biopelículas, pero todavía era necesario comprobar si ese comportamiento también ocurría en ambientes marinos naturales.
Para responder esa pregunta, los científicos analizaron datos genéticos procedentes de muestras de agua de mar filtradas según el tamaño de las partículas.
El equipo combinó sus propias observaciones con información del proyecto internacional Tara Oceans, una iniciativa científica que ha reunido muestras y datos sobre la diversidad de microorganismos marinos en diferentes regiones del planeta.
El análisis identificó señales de Prochlorococcus asociadas con partículas en todas las muestras examinadas.
Además, encontró evidencias de su presencia en partículas recogidas tanto en aguas iluminadas como en regiones más profundas, hasta aproximadamente 1.000 metros.
En la estación oceanográfica ALOHA, situada en aguas del Pacífico próximas a Hawái, Prochlorococcus representaba alrededor del 12 % de la comunidad microbiana detectada sobre partículas en las aguas superficiales iluminadas.
Estos resultados respaldan la interpretación de que la asociación con superficies no es solamente una particularidad de los cultivos experimentales.
También sugieren que las células adheridas podrían constituir una fracción ecológicamente importante de las poblaciones naturales.
No obstante, detectar material genético de Prochlorococcus en partículas profundas no permite determinar por sí solo cuánto carbono ha transportado efectivamente cada célula ni durante cuánto tiempo permanece almacenado.
Las partículas que se hunden podrían transportar carbono hacia aguas profundas
Una de las consecuencias potenciales del descubrimiento está relacionada con la denominada bomba biológica de carbono del océano.
Este conjunto de procesos comienza cuando los organismos fotosintéticos incorporan carbono inorgánico en las aguas superficiales y lo transforman en materia orgánica.
Parte de esa materia es consumida por otros organismos o degradada por microorganismos, mientras que otra fracción forma partículas que descienden hacia regiones más profundas.
Cuando el carbono alcanza aguas que permanecen aisladas de la atmósfera durante períodos prolongados, puede contribuir al almacenamiento oceánico.
El transporte también depende de procesos físicos. Por ejemplo, investigaciones realizadas en el Ártico han demostrado que las corrientes oceánicas pueden acelerar el descenso de materia orgánica producida por el fitoplancton, modificando su trayectoria hacia el fondo marino.
En el caso de Prochlorococcus, la capacidad de adherirse a partículas introduce un mecanismo biológico adicional.
Si una partícula comienza a hundirse mientras transporta células adheridas, parte del carbono asociado con esas células podría abandonar la zona iluminada y desplazarse hacia capas más profundas.
Este mecanismo es diferente del comportamiento de una célula libre que permanece suspendida cerca de la superficie, donde la materia orgánica puede reciclarse rápidamente.
El hallazgo no significa que todas las células adheridas terminen alcanzando el fondo marino. Muchas partículas son consumidas, fragmentadas o degradadas durante el descenso.
La estimación alcanza unos 500 millones de toneladas de carbono anuales
A partir de sus observaciones, los investigadores plantearon una estimación preliminar sobre la cantidad de carbono que Prochlorococcus podría contribuir a transportar hacia las profundidades.
El cálculo sugiere que las células adheridas a partículas descendentes podrían participar en el traslado de aproximadamente 500 millones de toneladas métricas de carbono al año.
La cifra no corresponde a una medición directa del carbono efectivamente almacenado en el fondo oceánico.
Se trata de una estimación inicial que depende de varios factores todavía insuficientemente conocidos.
Entre ellos se encuentran la abundancia de Prochlorococcus en las aguas superficiales, la proporción de células que se adhieren a partículas, la velocidad de hundimiento y la cantidad de materia orgánica consumida durante el descenso.
Maya Anjur-Dietrich señaló que el cálculo debe interpretarse como una primera aproximación y no como una cuantificación definitiva del secuestro de carbono.
La distinción entre transporte y almacenamiento es fundamental.
Una partícula puede desplazar carbono hacia aguas profundas sin que todo ese material permanezca retenido durante siglos. Parte puede ser degradada y transformada nuevamente en carbono inorgánico antes de llegar al sedimento.
Otros estudios han examinado la contribución de los remolinos oceánicos al transporte de carbono, encontrando que determinados mecanismos físicos pueden tener una importancia menor de la que se suponía.
La nueva investigación indica que los modelos del ciclo oceánico del carbono también necesitan representar adecuadamente el comportamiento de las comunidades microbianas.
Las células adheridas podrían modificar las relaciones entre microorganismos
El equipo del MIT también comenzó a investigar las consecuencias ecológicas de las biopelículas.
Una célula libre de Prochlorococcus vive en un ambiente donde sus vecinos pueden encontrarse relativamente alejados.
En cambio, cuando permanece adherida a una partícula comparte un espacio reducido con otros microorganismos.
Esta proximidad modifica las condiciones de acceso a nutrientes, las interacciones químicas y las posibilidades de intercambio de materia orgánica.
Las células adheridas podrían beneficiarse de sustancias liberadas por microorganismos vecinos o de cierta protección frente a depredadores.
Al mismo tiempo, permanecer sobre una partícula que se hunde puede aumentar la probabilidad de abandonar las aguas superficiales iluminadas, donde Prochlorococcus realiza la fotosíntesis.
Los investigadores consideran que la capacidad de alternar entre ambos estados podría favorecer la persistencia de sus poblaciones en ambientes variables.
Una de las hipótesis que ahora examinan es si el carbono liberado por las células adheridas puede proporcionar alimento a otros microorganismos que viven sobre las mismas partículas.
Este intercambio podría modificar la velocidad con que las partículas son degradadas durante su descenso.
Sin embargo, todavía no se ha demostrado que la presencia de Prochlorococcus ralentice necesariamente esa degradación ni que incremente de manera neta el almacenamiento profundo de carbono.
Para comprobarlo, los investigadores han iniciado experimentos con partículas de quitina, células de Prochlorococcus y microorganismos capaces de degradar ese material.
El descubrimiento cambia la interpretación de una cianobacteria muy abundante
El trabajo demuestra que Prochlorococcus posee una diversidad de comportamientos mayor de la que se había reconocido anteriormente.
Su capacidad para alternar entre estados libres y adheridos introduce nuevas preguntas sobre la distribución de sus poblaciones y su participación en los procesos biogeoquímicos marinos.
Los científicos todavía necesitan determinar qué proporción de las células naturales permanece asociada con partículas en diferentes océanos, estaciones y profundidades.
También será necesario establecer cómo cambian esas proporciones según la disponibilidad de nutrientes, la temperatura y otras condiciones ambientales.
El equipo está utilizando nuevas combinaciones de datos genéticos propios y archivos oceánicos internacionales para estimar la distribución global de las células adheridas.
Estos resultados podrían permitir mejorar los modelos que calculan el flujo de carbono desde las aguas superficiales hacia el océano profundo.
La investigación no demuestra que el microorganismo constituya una solución directa para retirar dióxido de carbono de la atmósfera, ni permite establecer todavía cuánto carbono adicional permanece almacenado gracias a sus biopelículas.
Su aportación principal consiste en identificar una vía de transporte que había recibido poca atención en uno de los organismos fotosintéticos más abundantes del planeta.
La existencia de células de Prochlorococcus adheridas a partículas, su mayor liberación de carbono orgánico y su presencia en muestras profundas proporcionan nuevas evidencias para investigar cómo la vida microscópica participa en el funcionamiento del sistema oceánico.
Fuentes referenciales:
Nature Communications — Biofilm formation and dynamics in the marine cyanobacterium Prochlorococcus, Maya I. Anjur-Dietrich y colaboradores, publicado el 15 de septiembre de 2026
Massachusetts Institute of Technology — The ocean’s most abundant ‘loner’ microbe has a sticky second life, 21 de octubre de 2026
