En estrecha colaboración con un equipo internacional de investigadores, unos científicos del Instituto de Biología de la Escuela Normal Superior (Ecole Normale Supérieure) (IBENS, CNRS / ENS / INSERM) aportan algo nuevo en la historia evolutiva de las diatomeas marinas. En un artículo publicado el 12 de mayo 2011 en la revista Nature, muestran que las diatomeas usan el ciclo de la urea para metabolizar de manera eficiente el carbono y el nitrógeno de su entorno. Esta observación inesperada modifica nuestra forma de ubicar las diatomeas en relación con las plantas y los animales en el gran esquema de la evolución.
Las diatomeas son micro-algas unicelulares rodeadas de un caparazón único a base de silicio. Presentes en todos los ambientes acuáticos, ellas constituyen un componente mayor del fitoplancton y participan activamente en la producción de carbono y oxígeno, compuestos químicos imprescindibles de la vida. La fotosíntesis de las diatomeas genera en particular una quinta parte del oxígeno que respiramos. Las diatomeas son organismos claves en la comprensión de los ecosistemas marinos.
En 2008, un consorcio internacional de investigadores ha logrado secuenciar el genoma de la diatomea fusiforme Phaeodactylum tricornutum (1). Los científicos han descubierto que cientos de genes de diatomeas tienen un origen bacteriano. Pero la contribución de cada uno de estos genes en el metabolismo de los nutrientes en estos organismos estaba en gran parte desconocida.
Con la colaboración de investigadores del John Craig Venter Institute (JCVI) en los EE.UU., del Instituto Max-Planck de Fisiología Molecular de las plantas en Alemania, del Centro de Biología de la Academia de Ciencias de la República Checa, del Instituto de Parasitología y la Universidad de Bohemia del Sur en República Checa, el equipo de Chris Bowler en el IBENS recientemente puso de relieve, siempre en el P. tricornutum, que las diatomeas usan el ciclo de la urea para procesar los nutrientes del entorno que el necesita para proliferar (2). De hecho, los metabolitos derivados de este proceso han sido identificados como absolutamente esenciales al reciclaje celular del carbono y del nitrógeno, y al crecimiento de las diatomeas después de un largo período de deficiencia nutricional. Esto también explica por qué los océanos son especialmente ricos en diatomeas después de los fenómenos de upwelling, que corresponden a la subida de aguas profundas, ricas en nutrientes, a la superficie.
Este hallazgo es particularmente sorprendente porque se suponía hasta ahora que el ciclo de la urea había aparecido con los metazoos, grupo en el que jugó un papel clave en el desarrollo de innovaciones fisiológicas características de los vertebrados. La síntesis de la urea por ejemplo ha permitido una osmoregulación (control de los minerales y las sales en la sangre) rápida en animales como los tiburones, rayas y peces óseos, y la desintoxicación de amoníaco asociada a una retención de agua en los anfibios y los mamíferos. Los investigadores perturban así nuestros supuestos, mostrando que el ciclo de la urea en realidad hubiera aparecido cientos de millones de años antes de los metazoos.
Estos estudios sugieren que la evolución de las diatomeas ha seguido una vía fundamentalmente diferente de la de las plantas, las algas verdes y otros organismos estrechamente relacionados. En cambio, parece que antes de la adquisición de una capacidad fotosintética, los ancestros de las diatomeas eran mucho más cercanos de los animales que de las plantas. Este parentesco en el plano evolutivo hubiera impulsado, en las diatomeas y los animales, un compartir de algunas vías bioquímicas similares, como el ciclo de la urea, a pesar de un uso con fines a veces diferentes.
Notas
(1) The Phaeodactylum genome reveals the evolutionary history of diatom genomes, Chris Bowler et al., Nature 456(7219):239-244, November 13, 2008, doi:10.1038/nature07410.
(2) Estos trabajos fueron financiados por el proyecto de la Comisión Europea "Diatomics", la Agencia Nacional de la Investigación (ANR), la National Science Foundation (NSF) y la Checa Science Foundation (CSF).
Más información:
Evolution and metabolic significance of the urea cycle in photosynthetic diatoms, Andrew Allen, Christopher Dupont, Miroslav Obornik, Ales Horak, Adriano Nunes-Nesi, John McCrow, Hong Zheng, Daniel Johnson, Hanhua Hu, Alisdair Fernie, Chris Bowler, Nature, Published ahead of print May, 2011, doi:10.1038/nature10074.
Para contactar al investigador:
Chris Bowler: cbowler@biologie.ens.fr
Institut de Biologie de l’Ecole Nationale Supérieure (IBENS)
UMR 8197 CNRS/ENS/Inserm
Ecole Normale Supérieure (ENS)
46, rue d'Ulm
75230 Paris Cedex 5
