Los microbios ayudan a la adaptación al cambio climático

Un pólipo hembra de la anémona de mar Nematostella vectensis, que se muestra aquí poniendo huevos, puede heredar directamente la tolerancia a la temperatura de la generación parental mediante la transmisión de ciertas bacterias. Crédito: HHU / Hanna Domin

Investigadores de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) y de la Universidad de Kiel (CAU) dirigidos por el profesor Sebastian Fraune utilizan el ejemplo de la anémona marina Nematostella vectensis para investigar la contribución del microbioma a la adaptación térmica de los organismos vivos. Como descubrieron, esta contribución es fundamental y lo comunican en el número actual de la revista Nature Communications.

Todos los organismos multicelulares están colonizados por un número inimaginablemente grande de microorganismos y han coevolucionado con ellos desde el principio de la historia evolutiva de la vida. El microbioma natural, es decir, la totalidad de estas bacterias, virus y hongos que viven en y sobre un cuerpo, tiene una importancia fundamental para el organismo en su conjunto: Realiza tareas vitales para el huésped, por ejemplo, ayuda a la absorción de nutrientes y contribuye a la defensa contra los patógenos.

El equipo de investigación de la HHU y la CAU ha investigado ahora cómo el microbioma ayuda a un organismo a adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes. En un estudio dentro del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 «Origen y función de los metaorganismos», han investigado la participación del microbioma en la adaptación térmica de las anémonas en un experimento denominado de aclimatación.

Los investigadores dirigidos por el profesor Sebastian Fraune, del Instituto de Zoología e Interacciones Organísmicas de la HHU, que también es jefe de proyecto en el CRC 1182 de Kiel, pudieron demostrar que la colonización bacteriana de los animales cambia como consecuencia de la aclimatación. Además, el organismo de la anémona de mar se vuelve más resistente al estrés térmico. Además, el equipo de investigación logró demostrar una relación causal: Si transferían el microbioma de las anémonas adaptadas al calor a las no aclimatadas, estas últimas también se volvían menos sensibles a las temperaturas más altas. Esto es especialmente significativo en lo que respecta a la modificación de las condiciones ambientales como consecuencia del cambio climático.

Experimento de aclimatación a largo plazo

El nuevo trabajo se basa en un estudio a largo plazo en el que los investigadores han estudiado la adaptación de las anémonas a las condiciones ambientales cambiantes durante más de cuatro años. Para ello, trabajaron con clones de un único animal original y compararon 50 anémonas genéticamente idénticas en cada una de las 15 colonias diferentes. Los investigadores dividieron estas colonias en tres grupos que se mantuvieron a 15, 20 y 25 grados centígrados para analizar su aclimatación a diferentes temperaturas.

En el transcurso del largo periodo de observación, se hicieron evidentes los cambios característicos en el llamado fenotipo de las anémonas, es decir, en su forma externa, incluidas las características fisiológicas: Entre otras cosas, los animales crecen considerablemente a temperaturas más bajas y cambian su modo de reproducción.

Los cambios en la tolerancia a la temperatura también fueron especialmente interesantes. «Las anémonas diferían muy significativamente en su resistencia al estrés por altas temperaturas. Si las exponíamos a un estrés por temperatura muy alta, de 40 grados centígrados, durante seis horas, los animales aclimatados a 25 grados centígrados sobrevivían casi exclusivamente», afirma Laura Baldassarre, autora principal del estudio.

Investigaciones anteriores sugerían que la adaptación al estrés térmico podría estar relacionada con cambios en la composición del microbioma de los animales. El análisis de la colonización bacteriana de las diferentes colonias en el experimento de aclimatación volvió a respaldar esta hipótesis, ya que el microbioma de los animales aclimatados también cambió en comparación con sus congéneres no aclimatados.

«Que esta aclimatación, la llamada plasticidad fenotípica, pueda ser controlada en parte por las bacterias parece muy plausible. Sus tiempos de generación mucho más cortos permiten una adaptación mucho más rápida de lo que sería posible a través de la recombinación genética del organismo anfitrión», dice Fraune. El hecho de que exista efectivamente una relación causal entre el cambio en el microbioma y la adaptación a la temperatura está ahora demostrado.

El trasplante del microbioma proporciona una confirmación

«En un experimento de trasplante, transferimos los microbiomas de anémonas aclimatadas a 15, 20 y 25 grados centígrados a animales no adaptados pero genéticamente idénticos. Resultó que estos animales adoptaron posteriormente la tolerancia a las altas temperaturas también», dice Baldassarre.

Así, cuando se transfiere todo el microbioma de un animal, también se puede trasplantar el fenotipo con su tolerancia a la temperatura alterada. El profesor Fraune afirma que «pudieron establecer una relación causal entre la composición del microbioma y las adaptaciones ambientales. Así, confirmamos experimentalmente el llamado concepto de hologenoma, que define la evolución como el desarrollo de los organismos huéspedes con sus microorganismos colonizadores hacia beneficios de aptitud compartidos para todo el metaorganismo.»

A continuación, el equipo de investigación analizó si el microbioma alterado debido a la aclimatación térmica puede transmitirse entre anémonas, un requisito previo para un proceso de adaptación duradero. En trabajos anteriores, los científicos ya demostraron que en la Nematostella, ciertas bacterias pueden transmitirse de la generación de los padres a la de los hijos. Por lo tanto, la ventaja evolutiva de la adaptación térmica puede, en principio, heredarse directamente y las bacterias relacionadas no deben ser necesariamente tomadas del medio ambiente. El presente estudio aporta más pruebas de la transmisión de las bacterias maternas a la descendencia: Al igual que los padres, las crías también mostraron una mayor probabilidad de supervivencia bajo estrés térmico cuando los animales maternos fueron aclimatados a 25 grados centígrados.

Investigar los mecanismos a nivel de especie

Con sus hallazgos, los investigadores ayudan a comprender mejor el papel de la interacción entre los organismos huéspedes y los microbios en los procesos de adaptación a las condiciones ambientales rápidamente cambiantes. «Nuestros resultados ofrecen nuevas explicaciones sobre los mecanismos de adaptación térmica rápida mediados por el microbioma y sobre cómo se transmiten a las generaciones siguientes», dijo Fraune.

En futuras investigaciones, los científicos de Düsseldorf y Kiel quieren ahora explorar los mecanismos de aclimatación en detalle, con un enfoque particular en el papel de las especies bacterianas individuales involucradas. Para ello, se están preparando análisis genómicos bacterianos detallados para una tercera fase de financiación del CRC 1182 prevista por la Fundación Alemana de Investigación (Deutsche Forschungsgemeinschaft-DFG). Estos análisis arrojarán luz sobre las posibles relaciones individuales entre las bacterias y determinados procesos metabólicos de las células del huésped y su influencia en la tolerancia a la temperatura del organismo en su conjunto.

«En general, es importante comprender con más detalle el componente bacteriano de la aclimatación térmica. Es probable que desempeñe un papel fundamental en muchos otros organismos vivos, desde diversos animales y plantas hasta ecosistemas generales como los arrecifes de coral. Por lo tanto, un conocimiento más profundo de los procesos subyacentes es crucial para evaluar mejor o posiblemente mitigar los efectos del cambio global en las especies y los hábitats», dijo Fraune.


Cómo el medio ambiente y el microbioma moldean conjuntamente el cuerpo


Más información:
Laura Baldassarre et al, La plasticidad mediada por la microbiota promueve la adaptación térmica en la anémona de mar Nematostella vectensis, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31350-z

Proporcionado por
Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf

Cita:
Los microbios favorecen la adaptación al cambio climático (2022, 5 de julio)
recuperado el 5 de julio de 2022
en https://phys.org/news/2022-07-microbes-climate.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Salvo en el caso de que se trate de un trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede ser reproducida sin la autorización escrita del autor.
parte puede ser reproducida sin la autorización escrita. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

El tarot gratis Consultas Fiables y 100% Certeras


0 comentarios

Deja una respuesta

Marcador de posición del avatar

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.