Biotoxines produïdes durant els afloraments d'algues marines alteren el desenvolupament del zooplàncton i la xarxa alimentària oceànica
Investigadors del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB i membres de lʼInstitut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la Universitat de Barcelona, en col·laboració amb un equip de lʼEstació Zoològica Anton Dohrn (Itàlia), han analitzat lʼimpacte de les algues diatomees en el desenvolupament dʼOikopleura dioica, un tipus dʼinvertebrat del zooplàncton marí que es troba en els oceans de tot el món i que té un rol important en la dinàmica global de les xarxes alimentàries marines i en el cicle del carboni a la biosfera. Els resultats, publicats a la nova revista científica del grup Nature Communications Biology, mostren que les biotoxines que produeixen aquestes algues al final dels afloraments poden comprometre el desenvolupament embrionari, i per tant, la reproducció dʼaquesta espècie, que potencialment podria tenir conseqüències ecològiques greus.
Investigadors del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB i membres de lʼInstitut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la Universitat de Barcelona, en col·laboració amb un equip de lʼEstació Zoològica Anton Dohrn (Itàlia), han analitzat lʼimpacte de les algues diatomees en el desenvolupament dʼOikopleura dioica, un tipus dʼinvertebrat del zooplàncton marí que es troba en els oceans de tot el món i que té un rol important en la dinàmica global de les xarxes alimentàries marines i en el cicle del carboni a la biosfera. Els resultats, publicats a la nova revista científica del grup Nature Communications Biology, mostren que les biotoxines que produeixen aquestes algues al final dels afloraments poden comprometre el desenvolupament embrionari, i per tant, la reproducció dʼaquesta espècie, que potencialment podria tenir conseqüències ecològiques greus.
Lʼestudi, liderat pels professors de la UB Ricard Albalat i Cristian Cañestro, és especialment rellevant tenint en compte que lʼacidificació i l'escalfament de l'oceà provocats pel canvi climàtic podria intensificar la gravetat i la freqüència dels afloraments dʼalgues nocives com les diatomees. En la recerca també participen els investigadors de la UB i lʼIRBio Núria P. Torres Águila —primera signant del treball—, Josep Martí Solans, Alfonso Ferrández, Alba Almazán i Vittoria Roncalli.
Biotoxines que afecten el desenvolupament dels embrions
Les diatomees són un tipus de microalgues que contribueixen de manera majoritària a la producció fotoautotròfica del fitoplàncton marí, ja que a partir de la llum solar proporcionen nutrients a totes les altres formes de vida. Les diatomees, tanmateix, també poden produir unes biotoxines (aldehids poliinsaturats) com a mecanisme de defensa contra els seus depredadors, per exemple petits crustacis com els copèpodes. Aquestes substàncies són alliberades massivament al final dels afloraments i poden alterar la biologia dels animals marins que es trobin a la zona. El nou estudi ha analitzat en el laboratori lʼimpacte dʼaquestes biotoxines en el desenvolupament dʼO. dioica, un tipus dʼinvertebrat marí que pertany als apendicularis (Appendicularia o Larvacea), dins del nostre propi fílum, els cordats. Els apendicularis són uns organismes clau en la cadena alimentària dels oceans, ja que processen prop del 10 % de la producció primària de l'oceà i serveixen dʼaliment a les larves dels peixos en la cadena tròfica marina. «Els resultats mostren que les biotoxines produïdes per les diatomees poden produir alteracions importants del desenvolupament dʼO. dioica induint un fenotip que sʼha anomenat bola de golf, que afecta la morfogènesi d'embrions i la diferenciació entre el tronc i la cua», explica Cristian Cañestro.
A més, el treball revela que aquests efectes en el desenvolupament es donen fins i tot en concentracions del mateix ordre de magnitud que les mesurades al mar després dels afloraments de les diatomees. «Tot i que en el nostre estudi les malformacions embrionàries més greus apareixen principalment en concentracions més altes que les trobades en condicions naturals, hem observat també anomalies embrionàries letals en concentracions similars als valors mesurats en la natura després dels afloraments», destaca lʼinvestigador.
Aquesta troballa és especialment rellevant tenint en compte que lʼaugment de lʼacidificació i l'escalfament dels oceans provocats pel canvi climàtic podria intensificar la gravetat i la freqüència dels afloraments dʼalgues. «Esbrinar com els afloraments d'algues nocives i la producció massiva de toxines poden alterar la fisiologia de les larves és de gran importància pel seu impacte en la xarxa alimentària marina i per poder anticipar-se així als futurs problemes ocasionats en la pesca pel canvi climàtic global», apunta lʼinvestigador.
Un potencial biomarcador de lʼestat del zooplàncton
Lʼestudi també va analitzar la resposta gènica dʼO. dioica davant lʼimpacte de les biotoxines. «Vam trobar que O. dioica té la capacitat de respondre a l'estrès provocat per les diatomees retardant la transcripció zigòtica dels gens de desenvolupament durant les primeres etapes i activant gens defensius (conjunt de gens que protegeixen la cèl·lula contra atacs mediambientals), fins i tot en concentracions innòcues de biotoxines en les quals no observàvem cap alteració embrionària», explica Cristian Cañestro.
Segons les conclusions de lʼestudi, aquesta resposta podria formar part d'un mecanisme desenvolupat al llarg de lʼevolució que protegeix els embrions contra els perills ambientals i que, a més, podria servir com un potencial biomarcador. «Els gens defensius serien un biosensor molecular que els ecòlegs marins podrien utilitzar per controlar l'estrès genètic de les poblacions naturals d'apendiculars, i probablement dʼaltres organismes exposats a afloraments d'algues en els seus hàbitats, i posteriorment avaluar l'impacte potencial de l'augment dels afloraments associat al canvi climàtic», destaca lʼinvestigador.
Aquests resultats inicien una nova àrea dʼestudi per a lʼequip investigador de la UB. «Lʼarticle posa els fonaments al nostre laboratori dʼuna nova línia de recerca en el camp de lʼeco-evo-devo, la intersecció entre lʼecologia, la biologia del desenvolupament i lʼevolució, que investigarà si els embrions dʼorganismes marins estan preparats per respondre al canvi climàtic», conclou Cristian Cañestro.
Referència de lʼarticle:
Torres-Águila, N. P.; Martí-Solans, J.; Ferrández-Roldán, A.; Almazán, A.; Roncalli, V.; DʼAniello, S.; Romano, G.; Palumbo, A.; Albalat, R., i Cañestro, C. «Diatom bloom-derived biotoxins cause aberrant development and gene expression in the appendicularian chordate Oikopleura dioica». Communications Biology, 2018. 1:121. Doi: https://doi.org/10.1038/s42003-018-0127-2
Article sobre la recerca al blog Behind the paper, a Ecology and Evolution Nature Reseach Community: «Are marine embryos ready for climate change?»