El plancton marino microscópico no está indefensamente a la deriva en el océano. Pueden percibir señales que indican turbulencia, responden rápidamente para regular su comportamiento y adaptarse activamente. Los investigadores de ETH han demostrado por primera vez cómo lo hacen.
El plancton en el océano está en constante movimiento. Durante el día, estos pequeños organismos, una décima parte del diámetro de un cabello humano, migran activamente hacia la superficie del océano iluminado por el sol para llevar a cabo la fotosíntesis. Por la noche, se dirigen a las profundidades.de decenas de metros, donde el suministro de nutrientes es mayor.
Durante sus viajes regulares entre zonas bien iluminadas y ricas en nutrientes, las células de plancton frecuentemente encuentran capas turbulentas, lo que interrumpe este patrón migratorio esencial. Todavía es un misterio cómo estos pequeños organismos pueden navegar a través de los peligros de las aguas turbulentas.son agitados por la turbulencia, particularmente por los vórtices de flujo más pequeños, de tamaño milimétrico, como si estuvieran en una lavadora en miniatura, lo que puede provocar daños permanentes en sus apéndices de propulsión y envoltura celular. En el peor de los casos, pueden pereceren turbulencia
Comportamiento migratorio observado en microcámara s
Sin embargo, ciertas microalgas han desarrollado una respuesta sofisticada a tales señales turbulentas. Los investigadores posdoctorales Anupam Sengupta y Francesco Carrara, junto con su asesor Roman Stocker, profesor del ETH Zurich Institute of Environmental Engineering, lo han demostrado en un estudiopublicado recientemente en la revista Naturaleza .
Utilizando experimentos de laboratorio, los tres científicos "trajeron el océano al laboratorio" y examinaron el comportamiento migratorio de Heterosigma akashiwo, un alga conocida por formar flores de algas tóxicas. Para examinar el comportamiento de la natación, los investigadores utilizaron una cámara microfabricada, solo unas pocasen milímetros cúbicos de volumen, en el que introdujeron las células de Heterosigma. La cámara podría rotarse a lo largo de su eje usando un motor controlado por computadora, exponiendo las células a volteos periódicos en orientación, replicando cómo pequeños vórtices turbulentos voltean las células boca abajo en el océano.
Buceo con previsión
Los científicos pudieron observar que una población de algas que se movía hacia arriba se dividió en dos grupos de igual tamaño durante un período de 30 minutos después de que la cámara se volteó repetidamente 180 grados. Un grupo de células continuó esforzándose hacia arriba, mientras que el otro grupo cambiócomportamiento y comenzó a nadar en la dirección opuesta. Esta división de la población no se produjo con algas en cámaras estacionarias, en las que todos nadaban continuamente hacia arriba y se acumulaban cerca de la superficie superior.
Al acercarse a las células individuales, los investigadores descubrieron la razón del cambio en el comportamiento de la natación. Cuando se expusieron a las señales similares a las turbulencias, las células pudieron cambiar de forma activa y rápida: desde las células asimétricas con forma de pera que nadan hacia arriba,las células se transformaron en estructuras en forma de huevo que nadan hacia abajo. Sorprendentemente, este cambio implicó cambios de menos de un micrómetro. "Es espectacular que una célula de apenas 10 micrómetros de tamaño pueda adaptar su forma para cambiar su dirección de nado", dice el estudio del equipo.-autor Francesco Carrara.
Adaptación perfecta
Roman Stocker no ve este mecanismo como una mera coincidencia. "Las algas se han adaptado perfectamente a su hábitat oceánico: pueden nadar activamente, perciben una variedad de señales ambientales diferentes, incluidas las turbulencias, y se adaptan y regulan rápidamente su comportamientoen consecuencia ". Anupam Sengupta agrega:" Ahora entendemos mejor cómo estos microorganismos enfrentan situaciones potencialmente perjudiciales, sin embargo, en este momento solo podemos especular por qué las células hacen esto ".
Los investigadores argumentan que dividirse en dos grupos crea una ventaja evolutiva para la población: de esta manera, no se pierde toda la población cuando encuentra una capa de turbulencia fuerte, pero en el peor de los casos, solo la mitad. Al evitar la turbulenciaAl zambullirse, las células que nadan hacia abajo sufren el costo a corto plazo de recibir muy poca luz para llevar a cabo la fotosíntesis, lo que significa que no pueden crecer. Los investigadores también encontraron evidencia de que la sacudida por la turbulencia tiene un impacto fisiológico en las algas.se voltearon en su experimento exhibieron niveles de estrés más altos que los de las cámaras estacionarias.
El cambio climático influye en la turbulencia
Los investigadores ahora planean observar las algas en un tanque más grande, donde expondrán las células no solo a voltearse sino también a turbulencias reales. Comprender cómo estas diminutas células responden a las turbulencias tiene una gran importancia para nuestra comprensión del océano ".Como ahora sabemos que el cambio climático global modificará el paisaje de turbulencia en el océano, es particularmente importante entender cómo los organismos que son la base de la red alimentaria marina responden a él. Este trabajo contribuye con una pieza del rompecabezas, al demostrarque el fitoplancton no solo está a merced de la turbulencia, sino que puede hacer frente activamente a ella ", dice el profesor de ETH.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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