Clase 6 de febrero: Travel, sex, and food: what’s speciation got to do with it?
Souza, V., Eguiarte, L. E., Travisano, M., Elser, J. J., Rooks, C., & Siefert, J. L. (2012). Travel, sex, and food: what’s speciation got to do with it? Astrobiology, 12(7), 634–40. doi:10.1089/ast.2011.0768
Abstract
We discuss the potential interactions among travel (dispersal and gene flow), bacterial ‘‘sex’’ (mainly as hori- zontal gene transfer), and food (metabolic plasticity and responses to nutrient availability) in shaping microbial communities. With regard to our work at a unique desert oasis, the Cuatro Cienegas Basin in Coahuila, Mexico,we propose that diversification and low phosphorus availability, in combination with mechanisms for nutrient recycling and community cohesion, result in enhanced speciation through reproductive as well as geographic isolation. We also discuss these mechanisms in the broader sense of ecology and evolution. Of special relevance to astrobiology and central to evolutionary biology, we ask why there are so many species on Earth and provide a working hypothesis and a conceptual framework within which to consider the question. Key Words: Microbial ecology—Microbial mats—Evolution—Horizontal gene transfer—Metabolism. Astrobiology 12, 634–640.
Control de lectura como comentario, antes de comenzar la clase!
English: Stromatolites growing in Hamelin Pool Marine Nature Reserve, Shark Bay in Western Australia. Français : Stromatolithes dans la réserve naturelle marine de Hamelin Pool (Shark Bay, Australie). (Photo credit: Wikipedia)
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Este artículo aborda de manera muy interesante como el viajar (entendido como la capacidad de los microorganismo para dispersarse y contribuir con el flujo de información genética), el sexo (principalmente la transferencia horizontal de genes), la comida (plasticidad metabólica) y las interacciones entre éstos contribuyen en moldear y mantener una población microbiana. Interesante también resulta el disponer de Cuatro Ciénagas como espacio que provee de información a este respecto y que enriquece nuestro entendimiento sobre la gran diversidad metabólica y adaptabilidad de la vida.
De esta manera, las condiciones ambientales van definiendo características necesarias de su población para poder desarrollarse de forma exitosa. Me ha impresionado mucho como la baja disponibilidad de fósforo ha contribuido a que la población sea tan especializada para poder adaptar su metabolismo y su genética para vivir en este entorno, y aún así mantener la diversidad. Así que también creo muy interesante el hecho de que la transferencia horizontal de genes ha ayudado, en cierta medida, en esta especiación al proporcionarla información genética necesaria para que se mantenga la cohesión de la población si bien se mantiene poca diversidad genética local. De esta misma manera esto también limita la capacidad de los microorganismos para migrar y en Cuatro Ciénagas hay un aislamiento muy particular dado por su historia geológica y su condición ecológica.
Control de Lectura.
La lectura esta relacionada con la exposición de la primera clase; se habla sobre el papel de las interacciones entre el flujo de genes y la dispersión con los mecanismos de parasexualidad (“sexo bacteriano” o transferencia horizontal), así como con la plasticidad metabólica y las respuestas a la disponibilidad de nutrientes, en la conformación de las comunidades bacterianas. Estas interacciones fueron estudiadas en la cuenca de Cuatro Ciénegas. No sólo se habla de la conformación de las comunidades bacterianas sino que además se explica que las interacciones entre estos procesos (migraciones, flujo de genes y metabolismo) han facilitado la estabilidad biogeoquímica del planeta, así como promovido la enorme diversidad sobre el mismo.
Lo más interesante es la propuesta de que para poner a prueba esta aseveración, es importante explorar lugares con condiciones análogas a la Tierra primitiva, de forma que se pueda monitorear la respuesta de las comunidades microbianas ante, por ejemplo, cambios en la disponibilidad de nutrientes o invasión de migrantes.
Me parece que la importancia de este trabajo es más que relevante; es una aportación invaluable respecto a una pregunta intrigante en biología: ¿por qué hay tantas especies en el planeta?
La estructura de las comunidades bacterianas se encuentra altamente influenciada por lo que es su capacidad de dispersión y flujo génico, la transferencia de genes así como por su plasticidad metabólica y su respuesta a la disponibilidad de nutrientes. El valle de Cuatro Ciénegas es un modelo en el cual se ha trabajado debido a su limitación de nutrientes y alta biodiversidad.
Este valle es un buen modelo de estudio debido a que aproximadamente el 50% de los taxa microbianos se encuentran más relacionados con organismos de origen marino que con los de aguas interiores. Esta característica podría deberse a una entrada del océano hace aproximadamente 200 millones de años, fecha desde la cual se ha mantenido aislado, por lo cual ha servido como un refugio de una microbiota de origen ancestral.
En el año de 1934, Baas Becking propuso su teoría en la cual se establece que “todo está en todas partes, pero el ambiente selecciona”. Si bien este postulado se ha mantenido vigente a lo largo del tiempo, hoy en día con el surgimiento de nuevas tecnologías microbianas independientes de cultivo cada vez es más evidente que no es del todo cierto. Volviendo nuestros ojos al sitio de estudio, en Cuatro Ciénegas se ha encontrado una alta diversidad local de Bacillus, mayor de la esperada para un ambiente oligotrófico, lo cual nos está hablando de una alta diferenciación y diversificación local.
Como se mencionó, la adquisición de nuevo material genético es otro de los principales factores relacionados con la generación de diversidad bacteriana. Esta adquisición generalmente por la transferencia horizontal de genes (HGT), ya sea mediante la adquisición de plásmidos o recombinación. El hecho de que los genes bacterianos se puedan transferir a una alta tasa ha hecho que algunos investigadores lleguen a plantear que no existen especies bacterianas tal cual, sino más bien una colección de genes. Esta visión a mi parecer es un poco radical pues si bien existe una gran cantidad de información genética que puede ser transferida entre las bacterias, ésta generalmente se encuentra en el denominado genoma accesorio, es decir, la información genética que le permite adaptarse de mejor manera a su entorno pero que no es esencial ni refleja características básicas de la bacteria en cuestión.
Finalmente en lo que respecta a la cuestión metabólica, como mencionamos al principio, el valle de Cuatro Ciénegas se caracteriza por su alta oligotrofia principalmente en cuanto a fosforo. Esta limitación de nutrientes ha hecho que las bacterias de este valle desarrollen una plasticidad metabólica que se ve reflejada en una especialización extrema que se puede observar por ejemplo en el alto número de ribotipos de Pseudomonas. Desde luego no podemos dejar de lado factores tales como la competencia entre los organismos de este sitio, pues de igual manera mediante análisis metagenómicos se observa un modelo de competencia de de Reina Roja.
A partir de este trabajo podemos decir que en el valle de Cuatro Ciénegas el principal mecanismo involucrado en la generación de diversidad viene siendo la plasticidad metabólica de ls organismos, pues al especializarse cada uno en un micronicho se han logrado aprovechar una amplia gama productos metabólicos. Por otro lado la llegada de nuevo material genético parece no jugar un papel relevante por dos razones principalmente, la primera es que al ser ésta una comunidad tan especializada, aquellos nuevos organismos que intentan ingresar no son capaces de competir contra aquellos residentes, mientras que la seguda es que al ser este un ambiente oligotrófico, aquella nueva información genética que lega es utilizada como alimento en lugar de lo que es, información.
El Valle de Cuatro Ciénegas constituye una región biogeográfica donde una de las principales características ambientales es la baja concentración de nutrientes, en cuanto a las comunidades microbianas del Valle se les considera relictos del mar antiguo ya que a pesar de la distancia se encuentran relacionadas con las comunidades marinas. En este articulo se revisan tres factores que pueden moldear la diversidad microbiana del Valle, los viajes (dispersión y flujo génico), el sexo (la recombinación entre especies y la THG) y la comida (la plasticidad metabólica y la respuesta a la disponibilidad de nutrientes). Los viajes: En el VCC cada sitio es distinto (comunidad microbiana) lo que habla de aislamiento geográfico, que puede significar dos cosas: que la migración es muy rara o que la comunidad esta adaptada a un lugar especifico. Además la diversidad es muy alta (10 veces más diverso respecto al sedimento marino), factor que es difícil de explicar bajo las condiciones limitantes de nutrientes. El sexo: A pesar de que la THG pareciera ser ilimitada se ha sugerido que los efectos del sexo en bacterias son exagerados y sí es posible identificar linajes específicos, tal es el caso de Bacillus coahuilensis quien es ejemplo de un endemismo microbiano con adaptaciones dada la limitante de fosforo (utiliza sulfolípidos en lugar de fosfolípidos). La comida: Los análisis metagenómicos muestran que en sitios como Río Mesquites están sobre representados genes de las familias pho y pst relacionados con la adquisición de fosforo, en otros sitios (las Pozas Rojas) la estrategia es distinta, no se encontraron sobre representados genes relacionados con la adquisición de fosforo, más bien se encontró una alta especialización relacionada a la degradación de compuestos. Esto resulta en una hipótesis de trabajo donde la falta de fosforo se traduce en la reducción de la THG y altos niveles de degradación de DNA libre, en otras palabras las bajas concentraciones de P promueven la especiación. Finalmente, estudiando comunidades especificas como las del VCC podremos entender más fácilmente como se genera y mantiene la diversidad.
Se sabe que los microbios interactúan con el ambiente de acuerdo a la región biogeográfica donde se encuentren. Estas regiones pueden albergar a organismos cosmopolitas y también a organismos endémicos cuyas características únicas pueden correlacionarse con un ecosistema particular. El desarrollo de nuevas tecnologías como la secuenciación masiva han permitido hacer análisis a gran escala y en comunidades enteras de la ecología microbiana. Si bien éstas técnicas son muy poderosas no debe perderse de vista otros procesos involucrados como la selección, la deriva, la dispersión y la mutación.
Para entender cómo es que la diversidad se mantiene en una región es necesario establecer qué mecanismos la crean, mantienen o disminuyen. En este trabajo se aborda particularmente la gran diversidad que se ha encontrado en Cuatro Ciénegas (CC), que resulta muy interesante dadas sus características ultraoligotróficas. El artículo propone 3 factores a tomar en cuenta para explicar la riqueza encontrada en la zona y cómo se mantiene la diversidad en la región: la movilidad, el sexo y la comida.
El primer factor: la movilidad. Cuatro Ciénegas se encuentra aislado lo que hace poco probable que lleguen nuevos organismos de otros ecosistemas o que los de CC puedan migrar, incluso en aquellos organismos generalistas formadores de esporas como los del género Bacillus se han encontrado especies localmente diferenciadas lo que podría limitar la migración. De manera interesante se ha visto en varios ecosistemas que hay patrones de diferenciación claros en sitios específicos, eso quiere decir que aun cuando los organismos puedan migrar tienden a mantenerse en una región biogeográfica lo que podría deberse a que los organismos que ahí habitan están adaptados a condiciones muy específicas.
El segundo factor: el sexo, se refiere en este caso a la transferencia horizontal de genes que puede darse por tranducción, transfección o conjugación. La importancia de éste fenómeno está basada en el hecho de que en la transferencia el receptor podría adquirir genes que le den una ventaja frente a otros organismos. Si bien este mecanismos sucede de manera común, en el caso de CC al analizar al organismo Bacillus coahuilensis se encontró que éste presentaba varias diferencias con respecto a otros Bacillus: produce sulfolípidos en lugar de fosfolípidos y su genoma es significativamente menor. Lo anterior sugiere que los organismos que habitan CC tienen capacidades muy específicas que les permiten vivir en esta zona por lo que la llegada de “forasteros” en lugar de abrir la puerta a que hubiera transferencia de genes se traduciría a la llegada de comida fresca.
El último factor es la comida, CC es un ecosistema ultraoligotrófico en el que los nutrientes son escasísimos, particularmente el fósforo, por lo que los organismos que ahí habitan deben competir, literalmente a muerte, por ellos. Los organismos están especializados para encontrar fósforo en un ambiente muy limitado ya sea mediante la existencia de muchos genes de adquisición de fósforo de alta afinidad o por su capacidad de tomar productos del metabolismo como sustrato.
Si bien los procariontes poseen una gran diversidad metabólica y pueden adaptarse a los ambientes más inhóspitos es interesante pensar en el sexo, la migración y la comida como cruciales para el proceso de la diversidad. Cuatro Ciénegas es un ejemplo muy interesante de comunidad ecológica, cómo es que se ha consolidado y mantenido a lo largo del tiempo. Creo que lo más importante del artículo es que nos una hipótesis de porqué CC llegó a tener la diversidad que tiene pero centrándose más en los factores externos y no tanto en los organismos en sí lo cual debe tomarse en cuenta al analizar otras comunidades, quizá si se aborda una comunidad desde varios ángulos de pueda entender mejor cómo es que está estructurada.
Lilia Colina Tenorio
Travel, Sex and Food: What’s speciation got to do with it?
Valeria Souza, Luis E. Eguiarte, Michael Travisano, James J. Elser, Christine Rooks y Janet L. Siefert
Se sabe que los microbios interactúan con su ambiente.
Se sabe que estas interacciones se pueden describir en términos de la región biogeográfica que habitan.
Se sabe que los procesos evolutivos clásicos son los mecanismos que mantienen los patrones biogeográficos microbianos.
Lo que ahora empezamos a hacer es evaluar la biogeografía buscando los procesos responsables de hacer ciertas regiones habitables. Cuatro Ciénegas es una región única y bien estudiada que se caracteriza por tener bajos niveles de nutrientes pero una biodiversidad alta, lo que hace de este lugar un buen modelo de tierra primitiva.
¿Qué factores hicieron de Cuatro Ciénegas un lugar con tal diversidad microbiana?
– Viaje: flujo y dispersión de genes.
¿Cómo se explica la gran biodiversidad de un ambiente aparentemente inhóspito? El hecho de que cada lugar de muestreo es diferente de otro sugiere dos posibles opciones: los procesos migratorios son raros y no ocurren normalmente o cada comunidad se ha adaptado a condiciones locales específicas.
– Sexo: recombinación entre especies y transferencia horizontal de genes entre linajes mediado por deficiencia de nutrientes.
En el caso de Cuatro Ciénegas se ha encontrado que la diversidad es resultado de eventos de transferencia horizontal de genes, hecho demostrado por el genoma de Bacillus coahuilensis, que sugiere la evolución de adaptaciones en respuesta a un ambiente bajo en fósforo, incluyendo la capacidad de sintetizar sulfolípidos. Esta especialización indica que B. coahuilensis ha vivido en Cuatro Ciénegas por bastante tiempo y no viaja mucho. Si todas las especies que habitan Cuatro Ciénegas necesitan adaptaciones tan únicas y específicas, la colonización por otras bacterias se antoja difícil.
– Comida: plasticidad metabólica y respuesta a la disponibilidad de nutrientes.
En Cuatro Ciénegas la competencia por la comida es feroz. Por ejemplo, el metagenoma de Pseudomonas en Poza Roja sugiere la existencia de estrategias alternativas para aprovechar el poco fósforo disponible, ya que no presentan los genes típicos (pho y pst). Lo que sí presentan son varios genes encargados de la producción de antibióticos y de resistencia, lo que indica que estas Pseudomonas se han adaptado buscando escapar de interacciones antagónicas y competitivas.
Travel, sex, and Food: What’s speciation Got to Do with It?
En el paper, básicamente los autores lo dirigen a hacer una hipótesis central de cómo fue que ocurrió el proceso de especiación en Cuatro Ciénegas, partiendo desde la perspectiva de que es un ambiente muy peculiar en donde, a pesar de tener limitantes de nutrientes, principalmente fósforo, hay evidencias de procesos de especiación muy claros, por lo tanto, dentro del artículo, nos hacen referencia a los 3 procesos relevantes que soportan dicha hipótesis, la comida, en este caso, la carencia de nutrientens esenciales como lo es el fósforo, los viajes (la estructura geográfica en la que se encuentran estos organismos) y el sexo bacteriano, en este caso por los diferentes procesos de transferencia horizontal que permiten el intercambio genético y el flujo de información entre las especies.
Por lo tanto, basándose en dichas evidencias, los autores llegan a proponer una hipótesis totalmente sustentada, con la cual tienen un punto de partida para hacer una serie de análisis en Cuatro Ciénegas.
Travel, sex and food: What’s speciation got to Do with it
La base de cuatro Ciénegas, ubicada en el desierto de Chihuahua, es el campo de estudio central para poder comprender tres factores que regulan la diversidad de especies. Estos tres factores son: dispersión, sexo THG, y comida. Cuatro Ciénegas, alberga una alta diversidad y la mayoría endémica del lugar, son descendientes por lo menos 50 % de la taxa de ancestros marinos, y han divergido hace 800 millones de años. Hipótesis de Dispersión: “Todo está en todos lados, pero el ambiente selecciona” parte de que la combinación de tamaño pequeño, una alta tasa de reproducción asexual, y grandes densidades poblacionales, logran ilimitaciones en la dispersión generando una homogeneidad en la diversidad especies en todos lados, y pocas comunidades diferentes. Esto puede ser un sesgo pues debido a que las nuevas técnicas de 16S muestran que la diversidad de las muestras ambientales tiende a ser muy distinta entre localidades. La Frase todo está en todos lados parece ser verdad pero solo cuando miramos a los altos niveles taxonómicos. Incluso para los microorganismos anaerobios tienen límites físicos en su dispersión, como en el caso de Bacillus de la base CC, está muy especializado a las condiciones locales limitando así su dispersión. Reproducción sexual principalmente catalogada como transferencia horizontal de genes, se cree que es un impedimento para poder diferenciar especies dentro de una comunidad bacteriana, el traspaso de genes esta mediado por proteínas que se encargan de la reparación del DNA, la transferencia de genes puede tener innovaciones evolutivas que sirvan a las poblaciones. Sin embargo, también pueden traspasar plásmidos con integrones, lo que mantendría su genética nuclear intacta, permitiendo así poder diferenciar especies. En el caso de B. cohauilensis presenta adaptaciones únicas para sobrevivir ante el bajo nutriente de P, y aparte una reducción en el tamaño de su genoma, no tiene genes formadores de esporas como lo presenta B. subtilis, siendo muy especializado a ese lugar. Así que la llegada de nuevas cepas a este ambiente sirven más, que para tener THG, serán alimento de las sp que han vivido ahí por largo tiempo. La Comida, interesantemente los nutrientes son esenciales para la sobrevivencia de cualquier organismo vivo, pero que pasa cuando estos nutrientes son extremadamente escasos en el lugar donde siempre has vivido, en Cuatro Ciénegas se presenta este particular ambiente. La especie dominante Cyanobacteria sobre expresa genes para la adquisición de fosforo, mostrando una alta especialización debido a la competencia extrema que hay. Sin embargo en Pozas rojas, otra localidad de CC, dominan las pseudomonas y no está sobrerrepresentada por genes especializados para la adquisición de fosforo, sino que tiene distintas estrategias metabólicas pareciendo estar evolucionando para escapar de la competencia y las relaciones antagonista, “moverse con el ambiente para seguir existiendo”. Tanto como la dispersión, la THG, y la comida son promotores principales de la evolución de las bacterias, así como en BCC, hay una extrema carencia de estas tres acciones, y aun así han logrado diferenciarse en comunidades diferentes y la generación de nuevas especies con extrema especialización dentro de la localidad. Siendo su principal promotor la carencia de fosforo un nutriente esencial para el metabolismo de estos organismos
Hoy en día sabemos que los microorganismos interactúan con su ambiente en maneras que pueden ser descritas en términos de regiones biogeográficas y que pueden hospedar no solamente especies cosmopolitas sino también microorganismos endémicos. La pregunta central es, ¿qué mecanismos crean, mantienen o disminuyen la diversidad en regiones biogeográficas? El articulo utiliza al valle de Cuatro Ciénegas (CC) porque se ha observado, en sus diferentes pozas, un aislamiento tanto genético como geográfico bajo una constante presión de insuficiente fuente de alimento.
Se cree que diferentes factores han llevado a esta aparente riqueza de especies microbianas y la formación de sus comunidades:
Viaje:
En los microorganismos existe la hipótesis de “todo esta en todos lados y el ambiente selecciona”. Reconociendo que esta hipótesis es el mecanismo que tiene mayor peso, el medio ambiente deberían de seleccionar de la reserva mundial, por lo tanto ambientes similares alrededor del mundo deberían hospedar a los mismos organismos. En Cuatro Ciénegas se cuenta con patrones claros de regiones biogeográficas a pequeña escala, cada sitio de muestreo es diferente. En estos sitios existe una alta dominancia de unos pocos taxa y una alta diversidad local. El hecho de que cada sitio de muestreo sea diferente sugiere que la migración es rara o que cada comunidad esta adaptada a condiciones locales muy especificas.
“Sexo” bacteriano:
La variación genética es ocasionalmente introducida mediante transferencia horizontal de genes (HGT), esta transferencia puede otorgar un fuerte valor adaptativo si le permite a la célula receptora utilizar nuevos recursos y ocupar nuevos nichos.
CC es un notable caso de endemismo microbiano que es producto de eventos verificables de HGT. Sobre todo en la utilización de fosforo en un ambiente de extrema oligotrofia.
Comida:
La diversidad de las comunidades de CC es mantenida ante la cara de una fuerte competencia para conseguir escasos recursos. Esta diversidad es mantenida por una plasticidad metabólica, eventos de transferencia horizontal, viajes ineficientes debido a la poca diversidad genética y la fuerte competencia. La baja cantidad de fosforo acentúa la especiación fomentando el aislamiento biogeográfico y reproductivo ente las pozas.
Los procariontes poseen una enorme plasticidad metabólica debido a sus raíces evolutivas y su capacidad de adaptarse a las mas inhóspitas condiciones de la tierra. Cuando consideramos las causas evolutivas que facilitan la estabilidad biogeoquímica de la tierra, y su enorme diversidad, el papel de viaje, sexo y comida parecen ser cruciales.
Este es el 2o artículo que leí de los tres. Me parece que pone en un contexto a los otros dos, en cuanto a los procesos que están detrás del cambio y mantenimiento de la diversidad, y en particular enfocado a microorganismos y sobretodo analizando procariontes. El título es sugerente e invita a reflexionar sobre la importancia de tres aspectos cruciales en la vida de los organismos, viajar, sexo y comida!!! En sí son elementos de las fuerzas evolutivas, tal cual la migración o flujo génico, la transferencia horizontal de genes moldeando fuertemente la capacidad metabólica de aprovechar los recursos y fuentes de alimento disponibles en un ambiente. Creo que es una muy buena revisión de lo que se sabe sobre Cuatro Ciénegas y que tiene importancia para comprender cómo es que las bacterias han evolucionado. Asimismo, siguiendo las ideas del otro artículo, es una forma de integrar la biología filogenética, incluyendo patrones y procesos evolutivos, con la ecología de comunidades. Este avance es logrado gracias a los desarrollos tecnológicos en la forma de explorar los ambientes con técnicas de secuenciación masiva como son 454 (16S) y los análisis metagenómicos de la diversidad de genes y de procesos metabólicos de una comunidad. El artículo trata con distintos ejemplos los procesos evolutivos que están detrás de la gran diversidad observada en Cuatro Ciénegas, dado que es un lugar con muy pocos nutrientes, en particular carente de fósforo o en muy bajísimas proporciones. También es una invitación a pensar que existe biogeografía en las bacterias, que no todo está en todos lados y que no necesariamente sólo hay un ambiente que selecciona. Existe aislamiento y como tal también hay procesos que lo determinan, fenómenos de selección, deriva y dispersión. En particular en el CCB las bajas condiciones de fósforo, la existencia de transferencia horizontal y la alta competencia por los recursos han sido fundamentales en la estructura de estas comunidades de microorganismos.
En este trabajo se proponen los tres factores que pueden ensamblar las comunidades bacterianas en una región biogeográfica específica: Cuatro Ciénegas Coahuila (CCC), el cual es un lugar muy particular en donde se encuentran altos índices de diversidad microbiana y una extrema oligotrofia representado por bajas concentraciones de fosforo disponible. Se sugiere que la diversificación, la baja disponibilidad de fosforo, y la cohesión de la comunidad resulta en una especiación a través de aislamiento. En general, los tres factores por los cuales se mantiene la diversidad de microrganismos en CCC son: en primer lugar la carencia de comida representada por la extrema oligotrofÍa. En segundo lugar la carencia de viajes, es decir escasa migración entre comunidades y finalmente falta de sexto bacteriano traducido en falta de intercambio de material genético, esto último debido a que la falta de fosforo aumenta la especiación promoviendo la especiación por aislamiento geográfico y reproductivo. Finalmente cabe resaltar el énfasis que los autores mencionan en estudiar la historia geológica y ecológica para poder entender la diversidad encontrada en las comunidades microbianas, en regiones biogeográficas particulares. La incorporación de dichos datos, puede ser crucial para poder entender no solo la diversidad microbiana encontrada en una comunidad, sino también la estructuración de la misma.
En este trabajo se proponen los posibles factores que juegan un papel en la gran diversidad y endemismos de bacterias que se hayan en Cuatro Ciénegas.
Estos factores principales son el alimento, la transferencia horizontal y la dispersión de los microorganismos.
Históricamente se ha considerado a las bacterias como agentes con una gran capacidad de migración por sus características particulares. En base a esto existe la teoría que dice que todo está en todas partes y que el ambiente selecciona. Pero actualmente, a través de un gran número de investigaciones no se ha podido corroborar esta idea. Un caso particularmente complejo es el de Cuatro Cienégas, en donde existe un aislamiento geográfico y en donde la diversidad y endemismos son verdaderamente altos. Se ha hallado incluso que la diversidad de comunidades bacterianas de suelo cambian de un sitio de muestreo a otro, en el mismo valle, y lo mismo pasa en las pozas, las cuales tienen cada una características sumamente particulares. Además de esto, Cuatro Cienégas es un lugar oligotrófico, por lo que su alta diversidad no coincide con la teoría, la cual supondría poca diversidad por esta causa. Relacionado a esto está el hecho de la transferencia horizontal, la cual estaría limitada por la falta de fósforo en el ambiente, y que teóricamente si este proceso fuera muy común crearía una homogenizacion de la diversidad.
Para explicarse todo esto, los autores proponen una serie de ideas: 1- Pese a que los microorganismos tengan una gran capacidad de dispersión, estos se enfrentarían a una gran batalla por lo recursos en contra de la comunidad ya establecida, además de tener que superar los filtros ambientales. 2- La gran capacidad de intercambio génico, posiblemente a causa del estres ambiental en que viven los microorganismos, puede atribuir nuevas capacidades, pero se mantiene el núcleo genético que da identidad a los linajes microbianos. 3- La falta de alimento da lugar a una constante especiación y búsqueda de nichos, dando lugar a los micro-nichos, en donde organismos similares pueden coexistir, además la competencia constante obliga a la innovación y esto podría explicar junto con los otros puntos pasados, la gran diversidad que se presenta en este sitio.
Una región biogeográfica es una zona con una biota característica diferente a la de otro lugar; el trabajo de un ecólogo es definir qué factores explican y mantienen estos patrones. El Valle de Cuatro Ciénegas representa una región biogeográfica que a pesar de las condiciones ambientales adversas (temperaturas extremas, ultraoligotrofía) alberga una gran variedad de microorganismos. En este artículo el grupo de investigadores proponen una hipótesis en la cual, los principales factores que mantienen la estructura de este sitio son la dispersión, el intercambio genético y la disponibilidad de alimento para los microorganismos.
En el VCC se encuentra una marcada estructura, los sitios dentro del valle difieren en diversidad y presencia de taxa; teniendo en cuenta que existe poco alimento disponible, esta estructura es difícil de explicar. En este caso, la dispersión de los taxa puede muy ser limitada o las presiones selectivas a baja escala son muy fuertes (o quizá una combinación de ambas). Si las bacterias del VCC tuvieran mucho intercambio genético, esta estructura no podría ser observada, por lo que claramente el “sexo” bacteriano no es una regla en este lugar. La poca disponibilidad de recursos debido a la extrema oligotrofía podría haber fomentado la especiación al aislar a las células entre ellas, generando organismos adaptados a las condiciones específicas del lugar donde viven, disminuyedo su capacidad de migrar y colonizar sitios con diferentes alimentos y presiones selectivas.
El artículo es un análisis de los posibles mecanismos involucrados en el hecho de que el valle de Cuatro Ciénegas, Coahuila, tiene una enorme diversidad bacteriana a pesar de ser un sitio altamente oligotrófico en ciertos lugares ( en especial para el fósforo)
Entre la metodología usada para reconocer esta diversidad esta el análisis filogenético por rRNA 16S como marcador y el análisis de la dinámica a nivel de comunidad, así como curvas de rarefacción para saber el número de OTU’s. La evidencia indica que una porción importante de esta diversidad está más estrechamente relacionada con taxones marinos que con taxones de bacterias de aguas continentales. Esto sugiere que el agua del sistema de Cuatro Ciénegas es un relicto del océano.
Los resultados más importantes que se mencionan son 1) la fuerte evidencia de aislamiento local de los sistemas de agua, reflejada en el parentesco de las bacterias de éstos (estructurado de acuerdo al patrón biogeográfico de las pozas de Cuatro Ciénegas) ; 2) el endemismo debido a eventos de transmisión horizontal de genes y 3) las adaptaciones descubiertas de algunas partes esta comunidad microbiana a ambientes escasos en nutrientes como el fósforo. En cada sección de estos resultados se ofrecen algunos antecedentes, por ejemplo, la importancia de la transferencia horizontal de genes para las bacterias.
Estos resultados son relevantes pues nos ayudan a comprender el importante papel evolutivo que estas fuerzas pueden tener para la estructuración de la comunidad, y que no debemos de subestimarlos: la comunidad de bacterias de Cuatro Ciénegas es tan rica en especies como las comunidades bacterianas estimadas de suelos, pero bajo un régimen altamente oligotrófico, así que esto es evidencia de que se puede generar una comunidad diversa por factores históricos, cosa que nos previene de no tomarlos en cuenta al tratar de explicar la diversidad de la comunidad en un sitio.
En este artículo se analiza el efecto que puede tener la combinación de tres procesos en la estructuración de las comunidades microbianas: el movimiento (físico o por flujo genético), el sexo (transferencia horizontal genética, THG) y la alimentación (capacidad y plasticidad metabólica). Para dicho análisis se tomo como modelo a un ecosistema que presenta una serie de características físicas y ambientales que lo hace único: el Valle de Cuatro Ciénegas (VCC). Este ecosistema se encuentra en el desierto de Chihuahua y se caracteriza por ser extremadamente pobre en nutrientes, un gran desbalance estequimetrico y una diversidad microbiana inusual.
Debido a la composición de las comunidades microbianas del VCC se podría pensar una posible migración de microorganismos procedente del mar; sin embargo, debido a su posición geografica este ecosistema se encuentra aislado, propiciando la estructuración de dichas comunidades. El nivel de diversidad observado es similar a sitios que presentan una alta disponibilidad de nutrientes. Sin embargo, de acuerdo a las características del VCC se ha sugerido que la migración es poco probable y en combinación con la limitación de nutrientes se ha generado la adaptación local de los microorganismos. Este proceso de especialización local ha sido generada por eventos de THG, lo que ha ayudado a confirmar que estos microorganismos han vivido en el sitio por un largo período de tiempo ayudando en su estructuración.
La estructuración de las comunidades microbianas del VCC es el resultado del efecto de las condiciones que lo caracterizan, basadas en el combinación de estos tres procesos. Con lo cual, junto con otras investigaciones, se han podido contrastar una gran variedad de ideas que han sido planteadas y que explican el origen y diversidad de los microorganismos. Dichas ideas simplifican, en gran parte, la complejidad en términos de diversidad y funcionalidad de las comunidades microbianas. Afortunadamente, con la aplicación y combinación de diferentes metodos experimentales se han podido identificar los procesos que están actuando en la evolución y estructuración de las comunidades microbianas, y que sobresaltan su importancia. Lo anterior demuestra que los microorganimos interactuan de formas muy complejas, generando en muchos casos su especialización asociada a las condiciones de los diferentes ecosistemas y que van más allá de ideas propuestas como lo hizo Baas Beckin: “everything is in everywhere, but the environment selects”.
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