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Cianobacteria simbiótica fijadora de nitrógeno

Una cianobacteria está en el proceso de convertirse en un orgánulo celular de un alga.

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Atelocyanobacterium thalassa (señalado con flechas). Fuente: Rachel Foster, MPI.

Hace miles de millones de años una cianobacteria que realizaba la fotosíntesis fue incorporada como orgánulo celular en un proceso de endosimbiosis. Poco a poco fue perdiendo los genes que ya no le eran necesarios y su independencia reducida al extremo de tal modo que ya no pudo hacer una vida independiente. Los descendientes de esos orgánulos son lo que ahora llamamos cloroplastos y denominamos plantas a los seres que los poseen. En un principio esas plantas eran algas que vivían en el agua, pero más tarde evolucionaron para dar lugar a todos los seres del mundo vegetal que conocemos, desde el humilde musgo a la sofisticada orquídea.
Pero las plantas tienen un punto débil. Para poder sintetizar proteínas necesitan nitrógeno, pero este elemento, que generalmente está en forma de gas casi inerte en la atmósfera, no puede ser asimilado directamente por las plantas. Las plantas necesitan que el nitrógeno esté en forma de sales para poder asimilarlo.
Sin embargo, hay otros seres que sí pueden fijar el nitrógeno atmosférico, como algunos hongos y bacterias. Éstos fertilizan el suelo en donde crecen las plantas. Algunos de esos seres pueden incluso forman las micorrizas en algunas asociaciones simbióticas con algunas plantas, pero siguen siendo formas de vida independientes.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Santa Cruz en California ha estudiado una cianobacteria muy peculiar que parece estar a medio camino de convertirse en orgánulo celular de un alga. Si se confirma estaríamos presenciando un gran paso evolutivo en directo.
Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (denominación provisional) tiene la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico, de tal modo que a partir de este gas sintetiza amonio. Esta cianobacteria fue descubierta en 1998 sin que se le diera mucha importancia, pero ahora parece ser considerada el organismo fijador de nitrógeno más extendido de los océanos terrestres. Esta cianobacteria probablemente realiza una significante contribución a la fijación de nitrógeno en los océanos, aunque todavía no se haya cuantificado.
Pero, por mucho que estos investigadores han mirado en su genoma, no parece que tenga los genes necesarios para la fotosíntesis que tienen las demás cianobacterias. La pregunta es obvia, ¿de qué vive este microorganismo? Necesariamente necesita de algún otro ser para alimentarse. El genoma de esta cianobacteria es más pequeño que el de otras cianobacterias de vida independiente. Esta reducción de genoma suele darse en formas de vida simbióticas o parasitarias.
Jonathan Zehr y sus colegas parecen haber identificado ese segundo ser del que toma alimento. Se trata de un tipo de alga pequeña emparentada con Braarudosphaera bigelowii y perteneciente a prymnesiophyte.
Así que se trata de una simbiosis, pero un tanto especial. Candidatus Atelocyanobacterium thalassa y prymnesiophyte viven muy juntas, la primera permanece en las depresiones de la membrana celular de la segunda. Esta cercanía distingue a A. thalassa de otras cianobacterias que viven asociadas a otras algas. Si se filtran adecuadamente pueden separase en el laboratorio, pero su relación es muy íntima. La cianobacteria proporciona nitrógeno al alga y ésta el necesario alimento, posiblemente en forma de azúcar, a la primera. La asociación parece robusta, pero lo suficientemente débil como para que el proceso de filtración del laboratorio los separe.
El equipo de Zehr sugiere que se trata de un estadio a medio camino entre un simbiosis ordinaria y una endosimbiosis que terminara con la transformación de la cianobacteria en un orgánulo celular, ¡un nuevo orgánulo celular!
Zehr especula que quizás ya haya alguna alga que posea ese tipo de orgánulos y que sea capaz de asimilar el nitrógeno gaseoso directamente, lo que la situaría en un miembro único del reino de las plantas al no necesitar de ningún organismo externo para esta función.
También se puede especular en poder modificar genéticamente a esta cianobacteria y a alguna planta de cultivo para así disponer de plantas que no necesiten abonos químicos. Aunque se ha tratado de copiar las relaciones de tipo micorrizas que tienen las legumbres para traspasarlas a otros cultivos, no se ha tenido éxito hasta el momento.
De todos modos todavía queda por estudiar en detalle de esta asociación y comprobar hasta donde llega. Se han propuesto experimentos con isótopos de carbono y nitrógeno para analizar este intercambio. Las simbiosis planctónicas no se han estudiado significativamente por ser un trabajo difícil de realizar.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original. [3]