Tara: una odisea oceánica Understand article
Traducido por María Moreno Morcillo. Tras cuatro años viajando por el globo, la goleta Tara ha vuelto con valiosos resultados científicos para el mundo.
ciudad de Nueva York.
Imagen cortesía de V Hillaire /
Expediciones Tara
Es Octubre y estoy de guardia de noche abordo de la goleta Tara mientras se desliza por la aguas oscuras y aparentemente infinitas del Océano Pacífico. Mañana parece lejano, pero dos cosas me mantienen despierto: el olor de la sal en el aire y destellos de luz brillante en la estela de nuestro barco. Estas “estrellas de mar” son, de hecho, el plancton bioluminiscente – micro-organismos de aspecto tan extraño que algunos inspiraron el diseño de criaturas de la película Alien en 1979. Sin embargo, a pesar de lo pequeños y raros que puedan parecer, el plancton representa nueve décimas partes de la masa que vive en los océanos y componen la base de la cadena alimentaria mundial. A través de la fotosíntesis, generan la mitad del oxígeno que respiramos, atraen el carbono de la atmósfera hacia las profundidades del mar, y desempeñan un papel crucial en el ciclo global del nitrógeno.
Al amanecer, la cubierta es un torrente de científicos que peinan la capa superficial del océano en busca de plancton con finas redes , bombas de agua y una “roseta”, un instrumento que recoge agua a diferentes profundidades y mide sus propiedades (principalmente temperatura, presión y salinidad). Capturan todo tipo de plancton, desde diminutos virus de 0.02 micrómetros de diámetro, hasta animales tan “grandes” como 2 milímetros de ancho. ¡Esto es aproximadamente la relación entre una pelota de golf y diez piscinas de tamaño olímpico! Los biólogos marinos colocan cada uno de los ejemplares capturados en las redes en tubos de ensayo, los marcan y los congelan para evitar degradación química y enzimática.
vuelta a la roseta que les
permitió muestrear el
plancton oceánico a
diferentes profundidades.
Imagen cortesía de
Expediciones Tara
Abajo en el “laboratorio de simulación”, una cabina llena de microscopios y pantallas de ordenador, el experto de imagen, Jérémie , coloca una gota de una muestra de agua en un microscopio. De repente, el barco es cogido por las olas convirtiendo todo el laboratorio en un péndulo. Busco el borde de una mesa , cualquier cosa, para mantener el equilibrio, mientras que Jérémie, aparentemente inconsciente del completo caos que nos rodea, se balancea al compás de su microscopio. Está cautivado por lo que ve debajo de la lente – esta simple gota está llena de formas de vida increíbles….
Una explosión de datos
En el transcurso de la odisea oceánica del Tara (2009-2013), más de dos toneladas de material genético congelado de plancton fueron enviados a diferentes laboratorios de todo el mundo para su análisis. En los laboratorios, los investigadores utilizaron productos químicos para romper las muestras y extraer sus moléculas de ADN. Escanearon las hebras de ADN a una velocidad extremadamente alta (un método conocido como secuenciación “shotgun” o “escopeta”) para generar una lista asombrosa de 7,2 billones de pares de nucleótidos – los famosos bloques que construyen el ADN (adenina, timina, guanina y citosina) – y luego utilizaron genes específicos como “códigos de barras” para identificar diferentes tipos de plancton, como bacterias, arqueas y eucariotas. Los virus, sin embargo, no tienen un identificador molecular universal que pueda ser utilizado como un código de barras. En su lugar, los investigadores utilizaron grupos de proteínas – grupos de secuencias genéticas similares – para identificar las diferentes poblaciones virales.
Eric Karsenti, director científico del proyecto Tara Oceans, explica la importancia de este censo masivo. “Los datos que recogimos permiten a los investigadores buscar elementos sin precedentes en las poblaciones, entornos y dinámicas del sistema fundamentales en el mantenimiento de la vida de los océanos.” Y añade, “Esta es la primera descripción global del ecosistema completo del plancton.”
planctónicos.
Imagen cortesía de M
Ormestad / Kahikai / Tara
Oceans
Expertos de diferentes ámbitos analizaron los datos de secuenciación utilizando sistemas de imagen avanzados, bioinformática y las últimas tecnologías de modelado físico – técnicas que raramente se usan simultáneamente. “Esto representa el surgimiento de un nuevo tipo de investigación en ciencias de la vida”, dice Eric . “¡Hace cinco años, esto era ciencia ficción!” Y juntos, los equipos de investigadores han comenzado a abordar las cuestiones que los exploradores del pasado no podrían haber siquiera soñado afrontar: ¿Qué tipos de plancton pueblan nuestros océanos? ¿Cómo interactúan entre sí y con su entorno ? ¿Cómo van a reaccionar ante el cambio climático y cómo esto nos afecta?
De vuelta en tierra firme
Los laboratorios del Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Heidelberg, Alemania, podría parecer un lugar poco apropiado para el estudio del océano – son unas seis horas en coche hasta la costa más cercana. Pero es aquí donde Shinichi Sunagawa, investigador en biología computacional, ayudó a crear un catálogo genético del océano microbiano a partir de 40 millones de genes de plancton, 80% de los cuales son nuevos para la ciencia, lo que indica una gran biodiversidad de plancton desconocido en nuestros océanos. Los científicos encontraron una fuerte correlación entre las especies que se encontraron y la temperatura del hábitat, identificando la temperatura del agua como el principal factor ambiental en la formación de las comunidades microbianas oceánicas. Otros estudios determinarán cómo los cambios en la temperatura del agua podrían afectar a los ecosistemas de nuestros océanos y, en consecuencia, al medio ambiente de nuestro planeta.
utilizaron para recoger
muestras de la superficie.
Imagen cortesía de V Hillaire /
Expediciones Tara
La mayoría de los genes del catálogo de Shinichi pertenecen a eucariotas – organismos (como nosotros) cuyo ADN se enrolla dentro de un núcleo. Esta estructura celular compleja y estable fue un hito en la evolución, permitiendo la formación de seres pluricelulares, y dando como resultado el desarrollo de propiedades sorprendentes en algunos eucariotas. Las diatomeas, por ejemplo, son organismos unicelulares que sintetizan una capa protectora de vidrio a bajas temperaturas, ¡algo que sólo podemos hacer usando calor! Colomban de Vargas, un biólogo marino que participó tanto en la expedición como en los análisis, identificó un total de 150 000 tipos genéticos de eucariotas – una diversidad cien veces mayor de lo que se conocía anteriormente. La clave de esta hiper-diversificación radica en las interacciones de las especies.
Una red social oceánica
A bordo del Tara, los científicos pusieron nombre a los especímenes que “iban conociendo” bajo el microscopio: estaba Hubert el protista y Dana la diatomea. Más tarde, Gipsi Lima-Méndez, un postdoctorado en la Universidad de Lovaina, Bélgica, reveló las interacciones “sociales” entre Hubert, Dana y sus amigos, ayudando a crear un interactome oceánico: una especie de Facebook planctónico que nos dice quiénes en el plancton son “amigos” – siempre se encuentran juntos – y cuáles no. Entonces, ella usó modelos generados por ordenador para predecir las interacciones específicas entre especies, como la relación simbiótica entre un gusano plano y una microalga fotosintética: la microalga vive en el interior del gusano plano, a salvo de los depredadores, y a cambio sintetiza nutrientes para alimentar a su huésped. Esta hipotética interacción se observó más tarde a través de la microscopía avanzada de las muestras de la expedición Tara.
dumereii muestreado por el
Tara en el Pacífico norte.
Imagen cortesía de Eric
Roettinger / Kahikai / Tara
Oceans
La interacción del océano está lejos de basarse en “supervivencia del más apto”. Según Eric, “el 80% de las interacciones entre los organismos del océano son positivos”, lo que significa que la mayoría de los organismos se ayudan mutuamente a prosperar. “Esto cambia la manera en que vemos la evolución. La colaboración también hace que la vida evolucione y sea más compleja en la Tierra”.
El tipo más abundante de plancton es también el más esquivo: los virus – tan pequeños que no podríamos verlos con los microscopios disponibles a bordo del buque. Diez millones de ellos pueden meterse en una sola gota de agua de mar, y su impacto es enorme: dan forma a las poblaciones a las que infectan, conducen la evolución mediante la transferencia de genes a especies diferentes, y “tienen una influencia global en el ciclo de los nutrientes, materia orgánica y gases atmosféricos”, dice Jennifer Brum, una postdoctorado de la Universidad de Arizona, EEUU, que participó en la identificación de más de 5000 poblaciones virales, el 99% de las cuales eran nuevas. ¡Es como descubrir un nuevo planeta de vida extraterrestre bajo el agua! El siguiente paso es determinar qué virus infectan qué organismos.
En conjunto, estos estudios nos dan un punto de referencia para controlar la salud de nuestros océanos en el futuro. Los 11,5 terabytes de datos obtenidos a raíz de la expedición – más datos que en Wikipedia – se almacenan en el Archivo de Nucleótidos Europeo, donde permanecerá para el dominio público, a disposición de los científicos actuales y futuros. Después de todo, los científicos todavía están trabajando con muestras que Charles Darwin recogió durante su expedición de 1823 a bordo del HMS Beagle. Quién sabe durante cuánto tiempo los datos del Tara estarán respondiendo preguntas que ni siquiera hemos imaginado todavía.
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Web References
- w1 – Para saber más sobre EMBL.
- w2 – EIROforum es una colaboración entre ocho de las organizaciones intergubernamentales de investigación científica más grandes de Europa, que combinan sus recursos, instalaciones y experiencia para impulsar a la ciencia europea a alcanzar su máximo potencial. Como parte de sus actividades de educación y divulgación, EIROforum publica Science in School.
Resources
- La organización sin ánimo de lucro Expediciones Tara posee la goleta Tara y ofrece una gran cantidad de recursos interesantes y accesibles sobre sus logros científicos en su sitio web.
- Más concretamente, su equipo pedagógico ha puesto en marcha proyectos y actividades para escuelas.
- Lea todos los detalles y los avances más recientes sobre el proyecto Tara Oceans en el sitio web del Laboratorio Europeo de Biología Molecular.
Institutions
Review
El proyecto Tara Oceans reunió muchos campos de investigación que juntos producen el impresionante Catálogo Genético Microbiano del Océano, que será utilizado para controlar la salud de nuestros océanos.
El artículo ofrece la posibilidad de entender cómo los científicos pueden caracterizar poblaciones de microorganismos y cómo las condiciones ambientales determinan las comunidades ecológicas.
Puede ser utilizado para estudiar cuestiones como:
- ¿Cuál es el papel ecológico de plancton?
- ¿Por qué se congelan las muestras?
- ¿Cuál es el código de barras del ADN?
- ¿Cuál es el principal factor ambiental que influye en los ecosistemas oceánicos?
- ¿Por qué se compara al Interactoma Oceánico con Facebook?
- ¿Cuál es la importancia de los virus en los ecosistemas oceánicos?
Monica Menesini, Liceo Scientifico Vallisneri Lucca, Italy