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BIOLOGÍA MARINA

La pareja perfecta

Las algas ya vivían en simbiosis con los corales hace 210 millones de años, y son mucho más antiguas y diversas de lo que se pensaba

Vanessa Marcelino/ Universidad de Melbourne Gran Barrera de Arrecifes de Australia: el mapeo genético detectó la diversidad de microorganismosVanessa Marcelino/ Universidad de Melbourne

Los arrecifes de coral son conocidos por la gran variedad de especies que viven a su alrededor. Anclados en el lecho marino, donde construyen enormes colonias, los corales, animales parientes de las medusas, están normalmente rodeados de algas y peces de colores, aparte de incontables microorganismos, formando así grandes ecosistemas. Sin embargo, para la mayor parte de los corales de aguas poco profundas, ningún otro ser vivo es más importante que las zooxantelas, que componen un grupo de algas microscópicas que viven dentro de ellos y funcionan como verdaderos órganos. Al reciclar sustancias excretadas por los corales como el amoníaco y liberar alimento en forma de azúcares, las zooxantelas no sólo se aseguran su propia supervivencia sino también la de sus huéspedes, que no tienen recursos para realizar esos procesos fisiológicos. Dos trabajos muestran que esa asociación data de al menos 210 millones de años y que las algas simbióticas son aún más antiguas; y que su diversidad es mucho mayor.

Al comparar corales actuales de Brasil con fósiles que vivieron en el mar de Tetis, un océano que existió cuando los continentes formaban un solo bloque llamado Pangea, un grupo de científicos de Polonia, Suiza, Estados Unidos y Brasil logró demostrar que esta relación ya existía en el período Triásico, hace 210 millones de años, cuando surgieron los dinosaurios. La simbiosis, dicen los investigadores, aseguró que los corales se volviesen aptos para sobrevivir en un período en el cual el agua del mar de Tetis era pobre en nutrientes. “Esas algas necesitan esencialmente luz y dióxido de carbono, pues hacen la fotosíntesis y generan su propio alimento. En ese proceso, reciclan sustancias perjudiciales para los corales y a su vez les proveen azúcares y lípidos”, explica el oceanógrafo Marcelo Kitahara, docente del Departamento de Ciencias del Mar de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), colaborador del Centro de Biología Marina de la Universidad de São Paulo (CEBIMar-USP) y uno de los autores del artículo publicado en noviembre en Science Advances.

Los corales del pasado
No se puede saber cuáles algas vivieron en los corales en tiempos remotos, pero es posible inferir su presencia por la firma que dejó una combinación de elementos químicos depositados cuando los corales aún estaban vivos hace más de 200 millones de años. Son diferentes tipos (isótopos) de carbono, oxígeno y nitrógeno detectados gracias al excelente estado de preservación de fósiles recolectados en la provincia de Antalya, en Turquía, en una región montañosa donde antes estaba el mar de Tetis. “Por suerte, las rocas se mantuvieron bien aisladas del agua, que normalmente penetra en ellas”, dice el geólogo Jaroslaw Stolarski, de la Academia Polaca de Ciencias, en Varsovia, uno de los autores del artículo en Science Advances. El agua contribuye con la diagénesis de la roca, que en ese caso es la transformación del aragonito, un mineral rico en información del fósil, en calcita, del cual los expertos aprovechan poco y nada. “Si pretendemos extraer información original del esqueleto del coral, éste debe estar bien preservado. La presencia de aragonito constituye una prueba de esa preservación, ya que contiene todas las firmas de isótopo originales”, explica.

Jaroslaw Stolarski/ Academia Polaca de Ciencias Coral fósil del Triásico…Jaroslaw Stolarski/ Academia Polaca de Ciencias

Los investigadores compararon entonces los isótopos hallados en los fósiles con los presentes en corales simbióticos y asimbióticos actuales en la isla de Búzios, en el archipiélago de Ilhabela, en São Paulo. “Para efectuar esa comparación, además de fósiles bien preservados, se hacía necesario contar con corales actuales, vivos, en las mismas condiciones de luminosidad y temperatura del agua, y disponibilidad de alimento, entre otros factores”, dice Kitahara. Al cabo de mucho buscar, el grupo encontró en las aguas paulistas una comunidad bastante diversa viviendo en un espacio de unos meros cinco metros cuadrados (m2). Sólo así se disminuiría al mínimo la probabilidad de que otros factores influyesen con respecto la presencia de ciertos isótopos.

Los análisis mostraron que tanto los fósiles como los corales simbióticos actuales poseen los mismos tipos de carbono, nitrógeno y oxígeno. La diferencia es significativa en relación con los corales modernos, que no realizan simbiosis y no tienen los mismos isótopos. El porqué de la presencia de éstos en los corales simbióticos no está totalmente claro, pero se sabe que un tipo de nitrógeno presente en los corales simbióticos deriva del amoníaco excretado por el coral y absorbido por las zooxantelas, por ejemplo.

Otro análisis que refuerza los resultados es el de la microestructura de crecimiento de los corales. Los investigadores partieron de la premisa de que los corales simbióticos del pasado crecían de la misma manera que los que viven actualmente en asociación con microorganismos: con regularidad constante, pues su metabolismo está sujeto al de las algas que viven en su interior y dependen de la luz del Sol para hacer la fotosíntesis. “Las microestructuras registran el ritmo fisiológico de los corales. Los simbióticos generalmente siguen el ritmo de las algas, mientras que los asimbióticos no siguen los períodos de presencia o ausencia de luz solar”, explica Stolarski. Por eso los corales sin simbiosis tienen un patrón irregular de crecimiento, mientras que los simbióticos son bastante regulares y siguen los períodos de día y noche.

Isabelle Domart-Coulon/ Museo de Hist. Nat. de París …y ejemplar vivo (arriba), con actividad de algas simbiontes en puntos marrones (vea el detalle)Isabelle Domart-Coulon/ Museo de Hist. Nat. de París

Las algas del presente
Sin embargo, las algas que viven dentro de los corales existían mucho antes que éstos. Un mapeo genético del microbioma existente en la actualidad en el esqueleto de corales simbióticos de la Gran Barrera de Coral de Australia, la mayor formación de este tipo existente en el mundo, rastreó la presencia de algunos linajes de algas en el período Ordovícico, hace alrededor de 500 millones de años. “Además de ser más antiguas, ahora descubrimos que son mucho más diversas de lo que se pensaba”, explica la bióloga brasileña Vanessa Rossetto Marcelino, quien actualmente está concluyendo su doctorado en la Universidad de Melbourne, en Australia, y es autora de un artículo publicado en agosto en Scientific Reports, en coautoría con su director de tesis, el biólogo Heroen Verbruggen. Rossetto Marcelino analizó ADN extraído de muestras de esqueleto de corales vivos y encontró más de un centenar de lo que pueden ser nuevas especies de algas, o incluso linajes enteros.

Mientras que los corales son visibles a simple vista y han sido bastante estudiados, poco se sabe sobre las algas. La razón de que esa comprensión sea aún incipiente es la dificultad de detección de la diferencia entre las especies de algas, tanto en el microscopio como mediante la secuenciación genética. “Su formato es siempre el mismo, y los marcadores moleculares existentes tienen baja resolución, es decir que no dan cuenta como para caracterizar una gran parte de la biodiversidad”, explica Rossetto Marcelino.

Por eso mismo, ella y Verbruggen emplearon una combinación de cuatro marcadores para analizar el ADN extraído de 132 muestras de esqueletos de coral. Este esfuerzo permitió identificar una gama de organismos, muchos nunca antes hallados en corales. Además de las algas, el grupo que compone la mayor parte de ese microbioma, se detectaron también algunos hongos y bacterias. Mientras que la literatura científica informaba acerca de algunas pocas especies habitantes de corales, los investigadores de Australia encontraron más de 120, incluso familias enteras aún no descritas. La diversidad hallada sugiere aún que algunos linajes son hasta más antiguos que los propios corales y existían 250 millones de años antes de empezar a habitar en esos organismos. Análisis de fósiles ya habían mostrado evidencias de la presencia de esos seres en conchas y estromatopóridos, esponjas de mar que vivieron hace alrededor de 500 millones de años. “Los corales fueron invadidos por más de 20 linajes distintos de algas en momentos diferentes de la evolución de éstas”, dice Rossetto Marcelino.

Marcelo Kitahara/ Unifesp Presente en casi toda la costa brasileña, Astrangia rathbuni constituye un ejemplo de coral sin simbiosisMarcelo Kitahara/ Unifesp

El género Ostreobium de algas, que hasta ahora se creía que estaba constituido por tres especies, surgió a decir verdad como un linaje con más de 80 unidades taxonómicas, en un nivel cercano al de especie en la clasificación. En sus 500 millones de años de existencia, éstas sobrevivieron incluso a la gran extinción del período Pérmico, hace aproximadamente 300 millones de años, cuando desaparecieron de la Tierra alrededor del 90% de las especies marinas y el 70% de las terrestres. Inmediatamente después, en el Triásico, éstas se diversificaron, precisamente cuando surgieron los corales con simbiosis. Este descubrimiento, además de apuntar la eficiencia del uso de múltiples marcadores para estudiar los microbiomas dentro de corales, allana el camino hacia investigaciones más específicas acerca de los seres que habitan los esqueletos de coral y su rol en la vida de éstos.

El grupo de investigadores del cual Rossetto Marcelino forma parte en Australia ya está aplicando la metodología de secuenciación con múltiples marcadores para estudiar si diferentes especies de coral están asociadas con linajes específicos de algas. Asimismo, pretenden saber de qué manera la asociación entre esos organismos se altera en función de condiciones ecológicas y de las especies implicadas. “Hemos abierto un libro, ahora es posible estudiar sus páginas”, concluye Rossetto Marcelino.

Artículos científicos
FRANKOWIAK, K. et al. Photosymbiosis and the expansion of shallow-water corals. Science Advances. 2: e1601122. 2 nov. 2016.
MARCELINO, V. R. & VERBRUGGEN, H. Multi-marker metabarcoding
of coral skeletons reveals arich microbio­me and diverse evolutionary origins of endolithic algae. Scientific Reports. 6: 31508. 22. ago. 2016.

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