Cómo el agua salada cambia a los microbios en ríos

Un estudio del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) determinó que el avance del agua salada sobre ecosistemas de agua dulce puede reducir la diversidad de las comunidades microbianas sin alterar demasiado su crecimiento total, un resultado relevante porque esos microorganismos participan en el ciclo del carbono y en la descomposición de materia orgánica como las algas, informó MIT News.

Los investigadores observaron que, cuando aumenta la salinidad, las especies de crecimiento más rápido tienden a imponerse sobre el resto. El cambio no frenó la producción de biomasa en los experimentos, pero sí modificó la composición interna de las comunidades.

Los ambientes de agua dulce, como lagos y ríos, suelen tener cerca de 1 g/L de sal, mientras que el océano puede alcanzar 35 g/L. Con el aumento del nivel del mar asociado al cambio climático, esa sal marina puede infiltrarse en estuarios —zonas de transición donde el agua dulce de los ríos se mezcla con el agua salada del mar— y otros cuerpos de agua continentales, y elevar la salinidad en esos sistemas.

Jana Huisman, investigadora posdoctoral del MIT y autora principal del trabajo, indicó que la pérdida de diversidad “en última instancia no es buena para un ecosistema”. A la vez, señaló que el equipo se sorprendió al comprobar que, pese a esa caída, “el crecimiento de la comunidad y la producción de biomasa no se ven tan afectados”.

La sal selecciona microbios rápidos y empobrece la diversidad

Los autores trabajaron con muestras tomadas en tres entornos acuáticos con salinidades distintas: el río Charles, cerca del pabellón náutico del MIT, con 4 g/L; el puerto de Boston, con 30 g/L; y una playa de Nahant, en Massachusetts, con 35 g/L. Cada una de esas comunidades reunía cientos de especies microbianas.

Después, el equipo cultivó esas poblaciones en tres condiciones de salinidad: 16, 31 y 46 g/L. Durante dos semanas midió las tasas de crecimiento y encontró que, en términos generales, cada comunidad mantuvo un ritmo de crecimiento similar en las tres concentraciones.

La diferencia apareció en la estructura interna de esas poblaciones. Las comunidades expuestas a condiciones más salinas se volvieron menos diversas y tendieron a quedar dominadas por especies de crecimiento más rápido. “Las comunidades que se habían propagado a una salinidad más alta alcanzaron una composición marcadamente diferente de las que estaban a menor salinidad”, afirmó Huisman.

El trabajo fue dirigido por Jeff Gore, profesor de física del MIT, y también tuvo como autora a Martina Dal Bello, exinvestigadora posdoctoral del instituto y actual profesora adjunta de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Yale. La investigación se apoya en una diferencia biológica conocida entre microbios de distintos hábitats acuáticos.

Los que viven en aguas más saladas están adaptados para resistir la presión osmótica —la tendencia del agua a atravesar membranas celulares cuando la concentración de sal en el exterior es mayor— y cuentan con transportadores de membrana, proteínas que expulsan el exceso de sodio fuera de la célula para mantener su funcionamiento.

Datos genómicos validaron los resultados experimentales

Para comprobar si el patrón del laboratorio también aparece fuera de condiciones controladas, los investigadores analizaron datos genómicos públicos de microbios presentes en ecosistemas acuáticos como la bahía de Chesapeake, el Golfo de México y el mar Báltico. Allí se concentraron en un marcador genético: el número de copias del gen 16S de ARN ribosomal.

Ese marcador funciona como una aproximación de la tasa máxima de crecimiento que una especie puede alcanzar. Cuantas más copias tiene una especie de ese gen, más veloz es su ritmo de multiplicación.

El análisis mostró que las comunidades naturales con mayor salinidad también tendían a estar dominadas por especies de crecimiento más rápido. Para los autores, esa coincidencia refuerza la idea de que el cambio observado en el laboratorio puede estar ocurriendo ya en distintos ambientes acuáticos.

“Cuando vimos eso por primera vez, fue muy emocionante: lo que encontramos en el laboratorio parece estar representado también en datos de comunidades naturales, muestreadas en una variedad de ambientes diferentes”, afirmó Huisman. Y agregó: “Se ven las mismas señales en esos datos, y eso sugiere con fuerza que lo que encontramos en el laboratorio también podría ser cierto en ambientes naturales”.

El trabajo plantea además una advertencia. La pérdida de diversidad podría reducir la capacidad de las poblaciones microbianas para resistir otros tipos de estrés ambiental, aunque el estudio no evaluó en detalle qué funciones cumplen las cepas bacterianas que pasan a ser más abundantes.

Ese punto deja abierta una cuestión central: no todas las especies que prosperan con más salinidad tendrán el mismo efecto sobre el ecosistema. Algunas podrían desempeñar funciones beneficiosas y otras podrían ser patógenas, una distinción que, según Huisman, será parte de futuras investigaciones.

El estudio fue publicado en Nature Microbiology y recibió financiación de una beca del Human Frontier Science Program y de un Schmidt Science Polymath Award.