El doctor Osvaldo Ulloa, director del Instituto Milenio de Oceanografía y académico del Departamento de Oceanografía de la UdeC es autor principal de un estudio que reveló incógnitas de la evolución de la cianobacteria Prochlorococcus, que es la que domina en el océano, donde se produce la mitad del oxígeno del planeta.
El océano es uno de los pulmones de la Tierra, allí se produce la mitad del oxígeno del planeta y es mayoritariamente por la fotosíntesis que realizan las microalgas y cianobacterias. Estas últimas son “un grupo de bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica, es decir que produce oxígeno molecular (O2) a partir de la oxidación del agua. Son consideradas las responsables de la oxidación de la Tierra en el pasado y de que exista una atmósfera con oxígeno libre”, cuenta el doctor Osvaldo Ulloa, director del Instituto Milenio de Oceanografía (IMO) y académico del Departamento de Oceanografía de la Universidad de Concepción (UdeC), quien destaca que son las del tipo Prochlorococcus las que dominan en aguas oceánicas, el organismo fotosintético más abundante del planeta y que se descubrió habitando las aguas sin oxígeno frente al norte de Chile, con procesos evolutivos que dan vida a incógnitas que han motivado a científicos de todo el mundo por años.
Entre estos está el doctor Ulloa, quien es el autor principal de un artículo que reporta el hallazgo de un eslabón perdido en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Pnas), publicación oficial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, tras un estudio desarrollado por investigadores del IMO-UdeC y de Estados Unidos y Canadá.
Como toda bacteria, Prochlorococcus es un minúsculo ser vivo invisible al ojo humano que se descubrió a fines de la década de 1980. Han pasado más de 30 años de estudio, se han aislado numerosas cepas y han mostrado tener antenas de captación de luz para la fotosíntesis distintas a la mayoría de otras cianobacterias. Además, su ecología y evolución pueden ser explicadas en términos de la temperatura y de la disponibilidad de luz y nutrientes en el océano. Pero, la gran pregunta sin respuesta era cuándo aparecieron en el océano ancestral y las condiciones ambientales bajo las cuales evolucionaron.
Hasta ahora, porque en la investigación que lideró el doctor Osvaldo Ulloa, mediante el análisis de genoma de células individuales colectadas del océano frente a Chile y México se descubrió y caracterizó nuevos linajes de esta cianobacteria, que a diferencia de sus parientes más conocidos habitan aguas deficientes de oxígeno y no han podido ser cultivados, sobre lo que precisa que “hace años mostramos que había linajes nuevos de Prochlorococcus en las zonas de mínimo de oxígeno, pero no sabíamos qué características tenían y cómo podían funcionar”. Lo que propone el estudio es que estos linajes son los más antiguos del grupo y que Prochlorococcus habría evolucionado cuando el océano profundo mundial aún no se había oxigenado. “Encontramos la presencia de genes que, entre otras cosas, permiten sintetizar pigmentos fotosintéticos donde no hay oxígeno, los cuales no se encuentran en otros Prochlorococcus modernos, pero sí en algunas cianobacterias de agua dulce y costeras, aparentemente más cercanas a las especies ancestrales ya extintas”, detalla al respecto Ulloa.
También se evidenció que los actuales linajes de Prochlorococcus más cercanos a los de hace millones de años poseen antenas de captación de luz para la fotosíntesis, similares a las de otras cianobacterias y distintas a las de sus parientes más modernos. Aquí cobra protagonismo el concepto de eslabón perdido, pues Ulloa apunta que “demostramos que las antenas propias de Prochlorococcus evolucionaron dentro del grupo y no desde un ancestro común desconocido”.
Un puzzle
Para el director del IMO los resultados del trabajo son “un puzzle que nos ha tomado muchos años resolver”, ya que la primera expedición oceanográfica para estudiar esta cianobacteria se realizó frente a Iquique el año 2000. Hoy, tras el largo esfuerzo científico, puede asegurar que “logramos, finalmente, contribuir con un nuevo entendimiento sobre la historia de vida de este microorganismo tan importante para el funcionamiento de nuestro planeta”.
Es que la existencia de oxígeno en la atmósfera de la Tierra, que se relaciona directamente con nuestra existencia, es debido a la extraordinaria innovación biológica de la fotosíntesis productora de oxígeno por parte de las primeras cianobacterias hace miles de millones de años. Pero, el océano profundo estuvo sin oxígeno durante mucho más tiempo y las concentraciones de este en la atmósfera se mantuvieron en niveles muy menores a las actuales. En ese escenario es que habría evolucionado Prochlorococcus y contribuido a la oxigenación y funcionamiento del ecosistema del océano ancestral.