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En busca de microorganismos degradadores de plástico

Jueves, 7 de abril de 2022

En busca de microorganismos degradadores de plástico
 
Por Victor Hernando Morales
 
El término 'plástico' se refiere a un grupo de materiales muy fáciles de moldear. Estos materiales se sintetizan químicamente formando largas cadenas de monómeros de carbono e hidrógeno, llamadas polímeros. Esto le facilita mucho las cosas a las industrias a la hora de producir y confeccionar cualquier objeto que podamos imaginar. De hecho, el plástico compone una parte mayoritaria en los productos que usamos a diario. En consecuencia, la producción mundial de plástico ha aumentado de tal forma que ha superando a la mayoría de los materiales naturales y sintéticos. Desafortunadamente, el impresionante éxito de los plásticos no ha venido acompañado de unas estrategias de gestión y reciclaje de residuos de la misma índole. Esto no sería un grave problema si no fuese porque, a demás de ser un material barato y producido en cantidades ingentes, el plástico perdura durante mucho tiempo en la naturaleza. Estos hechos, han llevado a que grandes cantidades de basura plástica invadan todos los ecosistemas de la Tierra, incluidos nuestros océanos.
 
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 Izquierda: Desechos plásticos generados por país en 2010 (extraído de Our Word in Data, basado en la publicación de Jambeck et al., 2010). Derecha: Periferias costeras de Cartagena de Indias (Colombia) en 2011.
 
Ela actualidad, la contaminación plástica se considera un grave problema ambiental de dimensiones globales. De especial preocupación es la contaminación marina debido a la conectividad de nuestros océanos y a la facilidad de muchos productos plásticos de ser transportados por las corrientes. Es aquí donde entran en juego las fuerzas de la naturaleza. Hay varios procesos en el océano involucrados en la fragmentación, degradación y desaparición de parte del plástico (por ejemplo, estrés físico, radiación ultravioleta, cambios de temperatura, salinidad, condiciones oxidantes). Lo que no sabíamos hasta hace poco es que los microorganismos también ponen de su parte en la lucha contra la contaminación por plásticos.
 
Los microorganismos albergan una asombrosa diversidad, responsable de dar forma a los ciclos biogeoquímicos de la Tierra. El bacterioplancton, bacterias que viven suspendidas en el agua de mar, forma parte de la base de la cadena trófica en los océanos. Durante millones de años, estos pequeños organismos han desarrollado una enorme variedad de metabolismos, es decir, enzimas y rutas metabólicas imprescindibles para la descomposición de compuestos orgánicos e inorgánicos. Por lo tanto, el bacterioplancton es clave en el reciclaje de elementos fundamentales para la vida, como el carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo e hidrógeno. Además, puede desempeñar un papel importante en la biorremediación, ya que se sabe que varias especies son participantes activos en la transformación de los hidrocarburos y otras sustancias tóxicas. Lo más extraordinario es que ciertas bacterias también pueden degradar compuestos plásticos. Es decir, el bacterioplancton podría ser partícipe de la descomposición de esta inusual fuente de carbono en nuestros mares y océanos.
 
En el proyecto Degradación Microbiana do Plástico, y en el proyecto VORTEX (liderado por el Profesor Helge Niemann, del instituto de investigaciones marinas NIOZ (Países Bajos)) buscamos microorganismos degradadores del plástico en el medio marino. Mediante campañas oceanográficas, recopilamos microplásticos para estudiar el ADN de las bacterias que han conseguido colonizarlos. Comparamos sus genes con los de bacterias terrestres descomponedoras de plástico, que nos sirven como modelo para nuestra investigación.
 
 
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 Izquierda: Víctor Hernando Morales (Postdoctoral Xunta de Galicia) desplegando una red de muestreo de plásticos en el mar de Frisia, junto a Annalisa Delre y Tim de Groot (miembros del equipo de investigación del Prof. Herlge Niemann) y parte de la tripulación del buque oceanográfico Navicula. Derecha: Arriba, microplástico (polietileno) colonizado por microorganismos marinos y alga epífita; debajo, cultivo de Rhodococcus ruber, bacteria empleada como modelo en la degradación del polietileno.
 
 
Entender cada uno de los procesos que afecta al plástico en el océano es fundamental para saber la gravedad del problema y actuar en consecuencia. Pero recuerda que lo fundamental es minimizar el impacto de esta basura en el mar. Y en esa tarea, el primer paso está en nuestras manos.
 

Esta investigación está financiada a través de una beca postdoctoral Xunta de Galicia al proyecto "Degradación microbiana del plástico: identidad y funcionalidad de los microbios que degradan el plástico en ambientes marinos" (Ref. ED481B-2018/077) y a través del European Research Council (ERC) mediante el proyecto "Plastic in the Ocean: Microbial Transformation of an ‘Unconventional’ Carbon Substrate", VORTEX (Grant agreement ID: 772923).

 

 

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Ver para creer: fotografiando el plancton

Ver para creer: fotografiando el plancton

Emilio Marañón

El fitoplancton, células microscópicas suspendidas en el agua que son capaces de realizar la fotosíntesis, es el motor verde del océano: gracias a su capacidad para captar CO2 y sintetizar azúcares y otras moléculas, sostiene las cadenas tróficas y contribuye a la regulación del clima. Para estudiar la abundancia y la distribución del fitoplancton medimos la concentración de clorofila, el pigmento fotosintético más abundante. Cuanto más verde el agua, más fitoplancton tiene. Esto funciona bien si comparamos aguas superficiales de diferentes regiones, pero si queremos saber cómo cambia la abundancia del fitoplancton con la profundidad, las cosas se complican.

Todas las células fotosintéticas sintetizan más clorofila cuando reciben menos luz. Esta respuesta (llamada fotoaclimatación) hace que un aumento de clorofila en aguas profundas no inplica necesariamente que haya más abundancia o biomasa de células de fitoplancton. El máximo profundo de clorofila (DCM, de Deep Chlorophyll Maximum) es como una alfombra verde que flota en la parte inferior de la capa fótica (las aguas superficiales donde llega luz suficiente para que pueda haber fotosíntesis), y aparece siempre en todos los mares tropicales y subtropicales así como en regiones templadas durante el verano. Puesto que el DCM escapa a la detección por los satélites que miden el color de la superficie del mar, es importante saber si constituye un máximo de biomasa o es solamente el resultado de la fotoaclimatación. En regiones subtropicales se ha visto que el DCM no es un máximo de fitoplancton (la fotoaclimatación explicaría todo el aumento de clorofila en profundidad), pero en mares templados a veces sí puede serlo. El problema es que, hasta ahora, la única forma de saberlo era haciendo laboriosos recuentos de células al microscopio.

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La muestra de 90 m tiene más células que la muestra superficial, por lo que el DCM era también un máximo de biomasa de fitoplancton. Los mosaicos contienen todas las celulas fotografiadas, en unos 4 mL de agua de mar, en muestras recogidas en el Mar Jónico en mayo de 2017. Las imágenes fueron obtenidas por Nils Haëntjens (University of Maine) con un Imaging FlowCytoBot. Pulsa en la imagen para acceder a la imagen con mayor resolución. Si también deseas ver otras imágenes de fitoplancton de la misma campaña oceanográfica con mayor resolución y detalle, pulsa aquí.

Durante la campaña oceanográfica PEACETIME, que tuvo lugar en el Mar Mediterráneo en mayo de 2017, tuvimos ocasión de investigar si el DCM era también un máximo de biomasa. Gracias al instrumento Imaging FlowCytoBot (IFCB), es posible detectar y fotografiar automáticamente todas las células de fitoplancton (con tamaños mayores de 4 µm de diámetro) de una muestra en cuestión de minutos. Como explicamos en este artículo, las imágenes del IFCB demuestran que el DCM durante esta campaña sí que era un máximo de abundancia de fitoplancton: estimamos que la cantidad de biomasa en el DCM era 2-3 veces mayor que en superficie. Sin embargo, la fotoaclimatación también desempeñaba un importante papel: la células del DCM tenían 3 veces más clorofila que las de superficie. Habrá que hacer más observaciones para saber si este máximo profundo de biomasa, observado en mayo, persiste durante el verano o es transitorio, por ejemplo como resultado de un episodio anterior de crecimiento en aguas superficiales. Pero la conclusión es clara: para saber si un máximo profundo de clorofila es un máximo de biomasa, es preciso medir la abundancia de células. Hay que ver para creer.

Esta investigación fue posible gracias a la financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del proyecto POLARIS (Ref. PGC2018-094553B-I00).

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Derroche energético en las Rías Gallegas

Derroche energético en las Rías Gallegas 

El nitrógeno es un elemento clave en la biosfera, esencial para que los organismos fotosintéticos transformen la luz del sol en energía química, que alimenta las cadenas tróficas en ecosistemas terrestres y marinos. En los ecosistemas marinos, bacterias, plantas y algas utilizan principalmente como fuente de nitrógeno, aquellas formas disponibles en el agua de mar que son más “baratas” de utilizar en términos energéticos: nitrato, nitrito, amonio… Sólo algunos microorganismos tienen el superpoder de utilizar el nitrógeno molecular, disponible en la atmósfera en grandes cantidades (más de tres cuartas partes del aire que respiras mientras lees este artículo es nitrógeno), aunque hacerlo les requiera muchísima energía. La existencia y actividad de estos organismos en regiones tropicales y subtropicales donde el nitrógeno es escaso se conoce desde hace tiempo. Que estén presentes y activos en zonas ricas en nitrógeno como la costa gallega sí que es una novedad.

Cuando no tienes a mano las formas “baratas” de nitrógeno, el hecho de ser capaz de robarle nitrógeno a la atmósfera es un puntazo. Cuando estás viviendo en un sistema costero, como las Rías Gallegas, que se fertilizan regularmente por la entrada de aguas profundas cargadas de nutrientes asociadas al afloramiento, puede parecer un completo sinsentido. Pero tal vez no lo es tanto, ya que, a pesar de la abundancia de nitrógeno, la biomasa de organismos compitiendo por este elemento es muy elevada, de manera que en ocasiones puede no ser suficiente para todos, lo que activa la utilización de reservas de nitrógeno más costosas.

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Imagen: Parte de la dotación participante en la campaña oceanográfica REMEDIOS a bordo del BIO Ramón Margalef

Las Rías Gallegas son uno de los ecosistemas más productivos del planeta, y también uno de los más dinámicos. Se observan cambios en las condiciones de afloramiento a hundimiento en cuestión de días, lo que provoca cambios dramáticos en la composición del fitoplancton y su actividad. Este increíble dinamismo hace necesaria una visión integral que combine datos físicos, químicos y biológicos obtenidos con una alta resolución temporal y espacial. Aquí es donde el proyecto REMEDIOS (‘Role of mixing on phytoplankton bloom initiation, maintenance and dissipation in the Galician rías’http://proyectoremedios.com/inicio/) y su extensa base de datos obtenida durante los años 2017-2018 puede proporcionarnos las pistas que expliquen qué condiciones ambientales pueden explicar este enigma: que en determinados momentos compense derrochar energía para capturar nitrógeno de la atmósfera a pesar de vivir en un en un medio (aparentemente) rico en nitrógeno. ¡Os mantendremos informados! 

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Marcos Fontela.,Juan de la Cierva Post-DOC y Daniel Fernádez Román, estudiante de Doctorado.

 

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Rol de las fluctuaciones termales...

Rol de las fluctuaciones termales en la respuesta del plancton microbiano a escenarios futuros de calentamiento global y suministro de recursos

La desigualdad de Jensen, también conocida como la falacia de la media, propone a través de un modelo teórico que la respuesta de un sistema dado a condiciones ambientales promedio constantes es diferente de la respuesta de éste a condiciones ambientales variables. A pesar de que esto pueda parecer una obviedad, la mayoría de estudios centrados en evaluar los efectos del cambio global sobre comunidades y ecosistemas marinos hasta la fecha han considerado escenarios futuros donde los factores ambientales son mantenidos constantes.

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Imagen: Toma de muestras en la Ría de Vigo (izquierda), e incubaciones de comunidades naturales de plancton microbiano bajo escenarios futuros de cambio global (derecha).

Al amparo del proyecto POLARIS, Osvaldo Tascón está estudiando dentro de su tesis doctoral, cómo comunidades de plancton microbiano de la Ría de Vigo podrían responder a escenarios futuros de incrementos en temperatura y suministro de recursos cuando variaciones naturales en dichas temperaturas, tal y como ocurre diariamente en capas superficiales de la columna de agua, son también consideradas.

El presente estudio, que se inició el mes pasado, pretende evaluar tales respuestas en distintos momentos a lo largo de año, coincidiendo con las diferentes situaciones hidrográficas que se dan en la Ría de Vigo (mezcla invernal, estratificación y afloramiento).

Financiación: Este trabajo está financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del proyecto “Responses of marine phytoplankton to environmental variability across levels of biological organization (POLARIS, PGC2018-094553-B-I00).

Marco Jabalera Cabrerizo. Juan de la Cierva Post-DOC

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¿Naturaleza renacida?

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El Catedrático de Ecología de la Universidad de Vigo e investigador de nuestro GOB, Emilio Fernández, presenta una reflexión sobre los efectos ambientales de la situación derivada por el Covid-19.

"Naturaleza renacida? Lo siento, pero no lo creo"

 

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Proyecto INTERES

Durante estas semanas y a lo largo del año 2019 el GOB está llevando a cabo experimentos enmarcados dentro del proyecto INTERES encabezado por la Dra. Eva Teira. El proyecto INTERES pretende estudiar la respuesta de las interacciones fitoplancton y bacterioplancton ante un escenario de incremento y modificación de proporciones relativas de los diferentes nutrientes en la Ría de Vigo. Cambios en dichas interacciones pueden afectar a la respuesta de los productores primarios y por lo tanto a la productividad del ecosistema de estudio.

Estos experimentos que pretenden simular escenarios futuros se realizan en los mesocosmos de la Unidad de Oceanografía del CIM-Uvigo. Estructuras flotantes que permiten el aislamiento de grandes volúmenes de agua manteniendo las condiciones ambientales del entorno.

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Nitrógeno en las Rías

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Resultados del Dr. Victor Moreira Coello obtenidos durante su etapa de formación en el grupo de Oceanografía Biológica han saltado a los medios. Podeis ver la nota de prensa publicada en el DUVI pinchando en el siguiente enlace:

Descobren que as rías galegas fertilízanse con nitróxeno do aire

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Broullón et al. (2021)

Rapid Fluctuations of the Subsurface Chlorophyll Maximum in Response to Wind Forcing in a Long, Narrow Bay.

Earth and Space Science Open Archive [preprint]

Broullon

 

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Joglar et al. (2021)

Microbial plankton community structure and function responses to vitamin B12 and B1 amendments in an upwelling system.

Applied and environmental microbiology, AEM0152521

 

joglar2021

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