Diatomeas, una caja de sorpresas químicas para sobrevivir en la oscuridad

Las diatomeas son pequeñas algas unicelulares protegidas por una cápsula de silicio (frustula). Estamos hablando de organismos clave en los ecosistemas marinos, responsables del 20% de la fijación global de carbono.

Una fotografía con microscopio electrónico de barrido del frústulo de la diatomea céntrica Thalassiosira eccentrica (foto de la izquierda) que muestra un patrón de su diseño (foto de la derecha). Ana Bartual.

Son parte del fitoplancton marino, la base de la red alimentaria de la que dependen criaturas vivientes de todos los tamaños, desde pequeños copépodos hasta grandes depredadores.

Además, son ubicuos y cosmopolitas: viven desde regiones polares hasta tropicales, tanto en aguas abiertas como en zonas costeras. El registro fósil de sus frústulas silíceas muestra que han existido desde el Jurásico (hace unos 200 a 145 millones de años), aunque fue durante el período Cretácico (hace entre 145 y 66 millones de años) cuando comenzaron a diversificarse y convertirse en un elemento básico del plancton marino.

¿Por qué tienen tanto éxito?

Las diatomeas tienen una alta capacidad de partición, algo que, unido a una eficiente capacidad para incorporar nutrientes del agua, les permite utilizar rápidamente los recursos disponibles. Esto facilita la aparición de floraciones masivas en las zonas costeras.

Cuando se agotan los nutrientes, las diatomeas se hunden en el fondo del mar y permanecen en la oscuridad. Y cuando las condiciones vuelvan a ser favorables, es decir, que vuelvan a haber nutrientes, se podrán activar de nuevo y florecer de nuevo. Esta ventaja adaptativa es típica de varias especies de diatomeas polares durante los meses de la noche polar.

Secretos químicos de supervivencia.

En las últimas décadas se ha observado que las diatomeas presentan un arsenal químico complejo y diverso que les confiere ventajas adaptativas. El papel que desempeñan estos compuestos en el entorno natural es tan diverso como las especies que los producen.

Entre los compuestos químicos que producen se encuentran los aldehídos poliinsaturados (PUA), cuya función biológica aún está en estudio. Una de las funciones propuestas -y probada experimentalmente- es que estos compuestos actúen como defensa química de las diatomeas contra sus depredadores.

La forma en que las PUA protegen a estos organismos es reduciendo la capacidad reproductiva de sus depredadores, principalmente copépodos, un tipo de pequeño crustáceo. Estudios recientes muestran que altas concentraciones de aldehídos también pueden ser perjudiciales para las larvas de diversas especies de peces, como el pez cebra. Además, estas sustancias químicas pueden funcionar para desplazar a otras especies de fitoplancton competidoras, lo que podría explicar el éxito de las diatomeas en el océano actual.

comunicación silenciosa

También funcionan como señales de comunicación intercelular, es decir, entre diatomeas. También para la comunicación con el medio ambiente e incluso con otros organismos, como bacterias que interactúan con ellos.

Es decir, las diatomeas utilizan estas moléculas para transmitir información entre ellas o con el resto de células del entorno. De hecho, se ha demostrado que permiten la sincronización del comportamiento de muchas diatomeas, facilitando respuestas colectivas a cambios ambientales, por ejemplo, en respuesta a situaciones estresantes, como la falta de nutrientes.

Esta falta de nutrientes es común al final de la floración y se ha demostrado experimentalmente que en esta situación los aldehídos poliinsaturados pueden actuar como señales químicas que inducen la muerte celular programada. En una floración natural, cuando esto sucede, las diatomeas se posan hacia el fondo marino: salen de la zona iluminada de la columna de agua y entran en la zona de oscuridad total.

¿Qué efecto tiene la oscuridad en la producción de estos aldehídos?

Para estudiar este efecto, simulamos en el laboratorio la floración de dos especies de diatomeas, Ciclotella cryptica y Skeletonema pseudocostatum, tras lo cual las sometimos a completa oscuridad durante 75 días. Después de este período, los indujimos a volver a florecer y nos concentramos en estudiar cómo crecían y cuánta PUA producían después de ese proceso. Las PUA se analizaron mediante una técnica llamada cromatografía de gases/masas.

Observamos que, después de este período de latencia y oscuridad, las diatomeas volvieron a crecer de manera óptima y su capacidad para producir PUA no se redujo. Por el contrario, su arsenal químico aumentó: pudieron producir hasta el doble de aldehídos que antes del período oscuro.

Una estrategia de supervivencia inesperada

Nuestro estudio reveló un aspecto previamente desconocido de las diatomeas. Aunque su capacidad para permanecer en la oscuridad ya era un hecho conocido, se desconocía por completo que esta condición pudiera afectar la producción de PUA de una manera tan significativa.

Fotografía al microscopio óptico de diferentes especies de diatomeas del Golfo de Cádiz. Ana Bartual.

Este hallazgo muestra que la latencia oscura es una estrategia mucho más compleja de lo que se pensaba anteriormente y sustenta parcialmente el notable éxito ecológico de las diatomeas en los océanos. Al aumentar su producción de PUA durante el período de oscuridad, no sólo fortalecen sus defensas químicas contra los depredadores, sino que también mejoran su capacidad de comunicación y coordinación colectiva.

Nuestros resultados muestran que la oscuridad, como parte del ciclo de vida de las diatomeas, tiene un efecto estimulante sobre la producción de PUA. Este descubrimiento profundiza el conocimiento de uno de los productores primarios más importantes del planeta y revela detalles clave sobre su interacción con el medio ambiente y los organismos que lo rodean.