Secretos simbióticos: desvelando cómo microscópicas algas obtienen su nitrógeno en los océanos

MadridCientíficos descubren cómo las algas obtienen el nitrógeno necesario para crecer

Investigadores del Instituto Max Planck, el Instituto Alfred Wegener y la Universidad de Viena han revelado que un tipo de alga llamado diatomea marina colabora estrechamente con ciertas bacterias. Esta colaboración provee una gran cantidad de nitrógeno en muchas áreas del océano.

Puntos Clave:

• Los diatomeas marinas se asocian con bacterias fijadoras de nitrógeno llamadas Rhizobios.
• Estas bacterias son similares a las que ayudan a las plantas leguminosas en tierra.
• La asociación tiene un papel crucial en la fijación global de nitrógeno y la absorción de dióxido de carbono.
• Este descubrimiento podría conducir a nuevas tecnologías agrícolas.

El nitrógeno es esencial para todos los seres vivos. Ayuda al crecimiento de cultivos y plantas marinas, y estas últimas producen la mitad del oxígeno mundial. Sin embargo, las plantas no pueden utilizar el nitrógeno del aire directamente. Cultivos como la soja y los guisantes tienen bacterias llamadas Rhizobia, que convierten el nitrógeno en una forma que las plantas pueden aprovechar. Esto hace que las leguminosas sean fundamentales para la producción de alimentos. Hasta ahora, los científicos no comprendían completamente cómo las plantas marinas obtenían su nitrógeno.

En 2020, los científicos recolectaron agua de mar del Atlántico Norte tropical, una región con alta fijación de nitrógeno marino. Después de tres años de estudio, descubrieron fragmentos genéticos relacionados con la enzima nitrogenasa que fija el nitrógeno. Sorprendentemente, estos fragmentos no provenían de cianobacterias, que anteriormente se pensaba eran los principales fijadores de nitrógeno en el océano.

Los fragmentos encontrados pertenecían a bacterias similares a Rhizobia. El equipo logró ensamblar su genoma y nombró a la bacteria Candidatus Tectiglobus diatomicola. Este hallazgo representa la primera asociación conocida entre un diatomea y un fijador de nitrógeno que no es cianobacteria.

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Utilizando una sonda genética, los científicos etiquetaron las Rhizobias y las observaron en su entorno natural. Descubrieron grupos de cuatro bacterias dentro de las diatomeas. Las bacterias proporcionan nitrógeno fijado a las diatomeas y reciben carbono a cambio. Producen 100 veces más nitrógeno del necesario para el crecimiento de las diatomeas.

La nueva relación es habitual en el océano, especialmente en zonas donde no son comunes las cianobacterias que fijan nitrógeno. Estos pequeños organismos son cruciales para la productividad marina y la absorción de dióxido de carbono de la atmósfera.

El descubrimiento abre nuevas posibilidades para la agricultura. Los rizobios marinos tienen características similares a las de las primeras células fijadoras de nitrógeno en las cianobacterias. Esto sugiere que estos nuevos simbiontes y sus hospedadores diatomeas podrían estar en las etapas iniciales de convertirse en un solo organismo.

Los científicos creen que el tamaño reducido y las características celulares similares de las Rhizobias marinas las convierten en candidatas ideales para crear plantas fijadoras de nitrógeno. Esto podría revolucionar la agricultura. Los investigadores continuarán estudiando esta nueva relación y buscarán otras similares en el océano.

Las instituciones participantes en este estudio fueron:

• Instituto Max Planck de Microbiología Marina, Bremen, Alemania
• Instituto Alfred Wegener -- Centro Helmholtz para la Investigación Polar y Marina, Bremerhaven, Alemania
• Universidad de Viena, Viena, Austria