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Fotosíntesis oxigénica – La vida de las cianobacterias marinas

Desde que tengo uso de razón siempre me ha fascinado el mar. No puedo evitar quedarme mirándolo cada vez que visito la costa y, ciertamente, me cuesta concebir un hogar sin el mar cerca. Hoy vengo a hablaros de un grupo de bacterias que conocí durante la carrera y con el que he tenido la suerte de trabajar durante el máster, las cianobacterias marinas.

¿Qué son las cianobacterias? ¿Qué es la fotosíntesis oxigénica?

Las cianobacterias son un grupo de organismos unicelulares procariotas que realizan la fotosíntesis oxigénica, con una gran diversidad morfológica y ecológica, a los que le debemos mucho. Pero, ¿en qué consiste este proceso de fotosíntesis oxigénica?

Como su nombre indica, la fotosíntesis oxigénica es una modalidad de fotosíntesis en la que el donante principal de electrones a partir de los cuales se libera oxígeno O2 como subproducto es el agua.

Los antepasados de estas bacterias fueron los responsables, a través de este proceso de fotosíntesis oxigénica, de iniciar el lento proceso de conversión de la atmósfera original (ausente de oxígeno) en una atmósfera oxigenada. 

Este hecho es crucial en nuestra historia evolutiva, la fotosíntesis oxigénica llevó al aumento en la concentración de oxígeno y permitió la aparición de formas de vida multicelulares, que fueron aumentando su complejidad. De esta forma podemos afirmar que la fotosíntesis oxigénica ha propiciado el desarrollo evolutivo biológico hasta alcanzar la biodiversidad que presenta nuestro planeta.

Debido a la gran diversidad funcional, morfológica y ecológica de este grupo bacteriano, he decidido centrarme en los dos géneros con los que pude trabajar durante mi trabajo final de máster, las picocianobacterias marinas de los géneros Prochlorococcus y Synechococcus, las más abundantes en los ecosistemas marinos.

fotosíntesis oxigénica
Fig.1. Izquierda: Imagen de Prochlorococcus marinus MED4 obtenida por microscopía electrónica de transmisión, coloreada en verde, propiedad de Luke Thompson del laboratorio de Chisholm y Nikki Watson del Whitehead Institute del MIT. Derecha: Imagen de Synechococcus sp. WH8102 obtenida por microscopía electrónica de transmisión, coloreada por ordenador, propiedad de John Waterbury del Woods Hole Oceanographic Institute).

¿Dónde podemos encontrar estas cianobacterias marinas?

En la figura 2 se puede apreciar la amplia distribución que muestran ambos géneros en la superficie oceánica:

fotosíntesis oxigénica
(Fig.2. Obtenida y adaptada del artículo de Flombaum et. al [2])

Estas cianobacterias presentan ecotipos adaptados a diferentes condiciones ambientales. 

Los ecotipos del género Synechococcus se suelen distribuir de manera superficial atendiendo a la disponibilidad de nutrientes y pueden presentar colores que van desde el verde-azulado hasta  el naranja. Algunos representantes de este género tienen la capacidad de modificar las proteínas que les confieren color para adaptarse a las condiciones lumínicas.

Por otro lado, el género Prochlorococcus está preparado para habitar diferentes profundidades de la zona fótica (aquellas zonas superficiales donde se recibe la cantidad suficiente de luz solar para poder llevar a cabo la fotosíntesis).

Este género se suele dividir en dos grupos: Los ecotipos adaptados a vivir en condiciones de alta luminosidad y de baja luminosidad. 

Pero, a pesar de su amplia distribución y a la importancia del proceso de fotosíntesis oxigénica, los conocemos desde hace poco tiempo.

La primera mención a representantes marinos del género Synechococcus se realizó en el año 1979 [4,5], y el género Prochlorococcus fue descubierto por Sallie W. Chisholm, R. J. Olson y colaboradores en el año 1988 [6].

El descubrimiento del género Prochlorococcus se dio durante una expedición para mapear la distribución del fitoplancton en los océanos. Chisholm relata en una charla TED [8] cómo, lo que durante un año pensaron que se trataba de ruido o interferencias en la medida, eran en realidad unas células muy pequeñas que contenían clorofila, a las que posteriormente nombraron como Prochlorococcus.

fotosíntesis oxigénica
(Fig.3. Imagen de la charla TED de Chisholm [8])

¿Qué importancia tienen en la actualidad estas cianobacterias marinas?

Estos microorganismos marinos tienen unas dimensiones muy reducidas, mostrando Prochlorococcus un diámetro de 0,5-0,8 micrómetros y Synechococcus un diámetro de 0,6-1,6 micrómetros aproximadamente. 

Sin embargo, a pesar de su reducido tamaño, presentan una gran importancia ecológica, ya que se les considera responsables de, aproximadamente, un 25% de la producción primaria en los océanos [7], tienen un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos de los mismos y constituyen la base de la cadena trófica marina. Además, la fotosíntesis oxigénica sigue siendo un proceso fundamental para los ecosistemas marinos.

Las cianobacterias marinas, al igual que muchos otros grupos microbianos, son criaturas increíbles. El ser humano ha vivido muchos años sin conocer la existencia de estas bacterias y, sin embargo, su amplia distribución y su impacto en el medio ambiente nos han permitido estar donde estamos hoy. 

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Referencias:

1. Thomas D. Brock. Biología de los microorganismos 14ª Edición.

2. P. Flombaum; J. L. Gallegos; R. A. Gordillo; J. Rincon; L. L. Zabala; N. Jiao; D. M. Karl; W. K. W. Li; M. W. Lomas; D. Veneziano; C. S. Vera; J. A. Vrugt; A. C. Martiny (2013). «Present and future global distributions of the marine Cyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus«. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (24): 9824-9829.

3. C. Six, J.C. Thomas, L. Garczarek, M. Ostrowski, A. Dufresne, N. Blot, D.J. Scanlan and F. Partensky (2007). “Diversity and evolution of phycobilisomes in marine Synechococcus spp.: a comparative genomics study”. Genome Biology. 8:R259.

4. P. W. Johnson & J. M. Sieburth (1979). «Chroococcoid cyanobacteria in the sea: a ubiquitous and diverse phototrophic biomass». Limnology and Oceanography. 24 (5): 928–935.

5. J. B. Waterbury; S. W. Watson; R. R. L. Guillard & L. E. Brand (1979). «Wide-spread occurrence of a unicellular, marine planktonic, cyanobacterium». Nature. 277 (5694): 293–294.

6. S. W. Chisholm, R. J. Olson, E. R. Zettler, J. Waterbury, R. Goericke & N. Welschmeyer (1988). «A novel free-living prochlorophyte occurs at high cell concentrations in the oceanic euphotic zone». Nature. 334 (6180): 340-343.

7. A.A. Larkin, K.R.M. Mackey & A.C. Martiny (2019). «Marine Cyanobacteria: Prochlorococcus and Synechococcus«. Encyclopedia of Ocean Sciences. p. 569-573.

8.Penny Chisholm TED2018: Enlace a la charla.

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Ramón Quiles Bernabéu

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