La secuenciación genómica de un alga contribuye a resolver un rompecabezas evolutivo.

12 de Junio del 2010.
Científicos financiados con fondos comunitarios han secuenciado y analizado el genoma de una especie de alga parda llamada Ectocarpus siliculosus. Los resultados de su trabajo, publicados en la revista Nature, ofrecen nuevos indicios acerca de la evolución hacia la pluricelularidad y revelan cómo se han adaptado las algas a la vida en entornos marinos rigurosos sometidos a régimen de mareas.

Los autores de este trabajo recibieron apoyo de la UE por medio del proyecto MARINE GENOMICS («Aplicación de técnicas genómicas de alto rendimiento para investigar los ecosistemas marinos y la biología de organismos marinos»), al que se adjudicaron 10 millones de euros por medio del área temática «Desarrollo sostenible, cambio global y ecosistemas» del Sexto Programa Marco (6PM).

Las algas pardas resultan de interés para la comunidad científica por diversas razones. En primer lugar, porque son uno de los tan sólo cinco grupos de seres vivos pluricelulares complejos (los demás son los animales, las plantas, los hongos y las algas rojas). En segundo lugar, porque las algas pardas poseen un metabolismo inusual que produce varias moléculas útiles para una serie de sectores industriales. Por ejemplo, en las industrias textil, alimentaria y farmacológica se utilizan polisacáridos procedentes de estas algas, e investigaciones recientes han revelado que además producen cierta molécula que estimula los sistemas defensivos naturales de diversas plantas de cultivo.

La E. siliculosus llega a alcanzar una longitud de 20 centímetros, está emparentada estrechamente con el kelp y se encuentra por todo el mundo en zonas litorales rocosas de clima templado. Su genoma tiene una longitud de 214 millones de pares de bases y está formado por más de 16.000 genes.

Se cree que los animales, las plantas, los hongos, las algas rojas y las algas pardas evolucionaron hasta convertirse en seres vivos pluricelulares siguiendo rutas distintas. Sin embargo, los análisis efectuados sobre el genoma del alga parda parecen indicar, que, para alcanzar la pluricelularidad, emplearon muchos mecanismos moleculares presentes también en plantas y animales.

«En el alga parda encontramos muchos genes que codifican cinasas, factores de transporte y factores de transcripción», comentó Klaus Valentin, del Instituto Alfred Wegener de Alemania, uno de los autores del artículo referido. «Estos genes son comunes en las plantas terrestres y sospechamos que también deben desempeñar una función básica en el origen de los organismos pluricelulares».

Los científicos estudiaron también el mecanismo por el que los genes de la E. siliculosus permiten a esta alga sobrevivir en el difícil entorno costero. «Las aguas someras de la zona intermareal constituyen un hábitat atractivo para diversos organismos marinos, sedentarios y fotosintéticos, al proporcionarles tanto un sustrato como contacto con la luz solar», explican los autores. «Sin embargo, el litoral es también un entorno hostil en el que es necesario adaptarse a las variaciones que provocan las mareas en cuanto a intensidad de la luz, temperatura, salinidad y acción de las olas».

«El genoma de la Ectocarpus posee varias características que indican que a lo largo de su evolución esta alga ha desarrollado mecanismos eficaces para sobrevivir en este ambiente».

Por ejemplo, cuenta con un sistema de fotosíntesis complejo que le permite adaptarse a las acusadas variaciones de las condiciones de luminosidad a las que se ve sometida con las subidas y bajadas de la marea. Asimismo, produce compuestos que la protegen frente a la radiación ultravioleta y enzimas que le permiten sobrellevar las adversidades del medio litoral.

«A raíz del fenómeno del cambio climático nos hemos interesado por cómo las algas pardas se han adaptado a la luz ultravioleta y a la subida de las temperaturas», comentó el Dr. Valentin. «Además, estas algas son mucho más antiguas que las plantas terrestres, en términos evolutivos. Presentan múltiples propiedades metabólicas que apenas han sido objeto de estudio. Un conocimiento más profundo de las propiedades que les brindan sus genes podría sentar las bases para el desarrollo de nuevos productos y tecnologías».

Algas contra el Cambio Climático

BERLÍN, 24 setiembre del 2007.
Científicos prueban la capacidad de las algas para absorber dióxido de carbono y generar a partir de su propia biomasa un combustible menos contaminante que la gasolina.

Investigaciones sobre el uso de algas para capturar dióxido de carbono están cambiando la percepción negativa de esos organismos, vistos como una plaga asociada a la contaminación agrícola.

Hasta hace muy poco, la proliferación de algas era vista como una consecuencia indeseable del abuso de agroquímicos, cuyos resultados inmediatos eran pestilencia, irritaciones cutáneas y la muerte de la fauna acuática, en especial marina, por falta de oxígeno.

Pero su potencial para absorber uno de los gases de efecto invernadero, causantes del recalentamiento planetario, puede resultar clave para evitar catástrofes ambientales. Como los vegetales, las algas consumen carbono durante la fotosíntesis.

"Tomamos algas del océano, las instalamos en recipientes plásticos en invernaderos, donde las alimentamos con dióxido de carbono emitido por generadores eléctricos convencionales”, explicó en una entrevista el biogeólogo Laurenz Thomsen, de la Universidad Jacobs, en la septentrional ciudad alemana de Bremen.

“Expuestas a la luz solar, las algas transforman el dióxido de carbono en biomasa que puede ser utilizada después como biodiésel, cuya combustión no emite gases invernadero", añadió.

El Greenhouse Gas Mitigation Project (GGMP, Proyecto de mitigación de gases de efecto invernadero) es coordinado por Thomsen, con cooperación de la Universidad Superior Politécnica, también de Bremen, el Instituto Alfred Wegener para la Investigación Marina y varias compañías, como el proveedor europeo de electricidad E.ON.

Thomsen bautizó "Algenreactor" (reactor a base de algas) al pequeño invernadero experimental instalado en la Universidad Jacobs, donde las algas transformaron el carbono en combustible orgánico. El proyecto sólo funciona en fase experimental, produciendo hasta ahora medio litro de biodiésel.

"El diésel que refinamos aquí es absolutamente orgánico. Satisface las normas europeas. Confío en que podremos pasar a una fase industrial en los próximos meses", agregó Thomsen.

"Seguramente necesitemos construir un invernadero mucho mayor, de cientos de metros cuadrados, para que la captura del dióxido de carbono y la producción de biodiésel correspondan a las dimensiones de una central comercial", dijo entrevistado para este artículo.

Henken-Mellier calcula que "la captura de sólo 10 por ciento de los gases emitidos por el generador de Farge implica reducir unas 600 toneladas diarias de dióxido de carbono".

Según Thomsen, la superficie de un invernadero capaz de absorber el dióxido de carbono de un generador de 350 megavatios y de transformarlo en biodiésel, debería ser de unos 25 kilómetros cuadrados y tendría costos de unos 480 millones de dólares.

La suma es pequeña comparada con las de cultivos convencionales para obtener biodiésel y reducir los gases nocivos en dimensiones similares a las del "reactor a base de algas". Una plantación equivalente de colza, por ejemplo, puede costar hasta 25 veces más.

Pero el proyecto de Thomsen no convence a todos. "Esos cálculos son muy ingenuos", aseguró Karl-Herrmann Steinberg, director de la productora de algas más importante de Europa central, situada en la septentrional ciudad alemana de Kloetze.

"Los costos del cultivo de algas, eliminación del agua y destilación del aceite combustible son muy altos como para que la idea sea rentable a escala industrial", aseguró Steinberg.

Thomsen admite que la ubicación de los invernaderos debe decidirse en función de la presencia de luz solar. En el norte de Alemania, con pocas horas de sol por año, el modelo no funcionaría. "Los invernaderos tendrían que instalarse en el sur y sudeste de Europa", dijo.

"Ya estamos negociando con firmas alemanas y extranjeras, de Brasil e India, que manejan grandes cultivos de algas", agregó.

El GGMP no es el único proyecto de su tipo. Durante la primera crisis petrolera mundial, en los años 70, científicos estadounidenses concibieron un proceso similar de transformación de algas en biodiésel. Pero el intento fue abandonado en 1996, cuando los bajos precios del hidrocarburo pusieron fin a los incentivos para investigar en combustibles orgánicos.

Ahora, con la actual crisis energética y ambiental, la compañía estadounidense GreenFuel, del nororiental estado estadounidense de Massachusetts, planifica un invernadero de por lo menos un kilómetro cuadrado para 2009.

"Para capturar el dióxido de carbono liberado por un generador de mil gigavatios, necesitaremos un invernadero de algas de entre ocho y 16 kilómetros cuadrados, que produciría más de 150 millones de litros de biodiésel y 190 millones de litros de etanol", dijo Isaac Berzin, de GreenFuel.

Reescribiendo la Historia de las Algas Diatomeas.

Febrero del 2009.
Al parecer, ahora habrá que reescribir la historia evolutiva de las algas diatomeas, un abundante componente del fitoplancton marino, que retira miles de millones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera cada año. El motivo para replantearse dicha historia evolutiva es el resultado de un estudio reciente. Los hallazgos de tal estudio sugieren que después de una repentina explosión en el número de especies, las diatomeas menguaron abruptamente hace unos 33 millones de años, una tendencia que coincide con un enfriamiento global severo.
Más del 90 por ciento de los fósiles conocidos de diatomeas tienen una antigüedad menor de 18 millones de años. Así que una búsqueda, no ajustada mediante una corrección del tipo señalado, de fósiles de diatomeas, da como resultado que han vivido más especies de estos organismos en el pasado reciente que hace 18 millones de años.
La escasez de fósiles anteriores es comprensible. Obtener muestras de fósiles de diatomeas requiere de barcos con enormes taladros para barrenar y extraer las muestras del fondo marino. Para encontrar un fósil antiguo, los científicos primero tienen que encontrar un sedimento antiguo, algo nada sencillo ya que las placas tectónicas remueven y trastornan constantemente al fondo marino, a los fósiles y a todo lo que esté a su alcance. La mayor parte del fondo marino es demasiado joven para extraer muestras válidas de él.
Rabosky y Ulf Sorhannus (de la Universidad de Edinboro, Pensilvania) revisaron mediante esta corrección cuantas muestras habían sido recogidas por cada período de un millón de años de historia de la Tierra, remontándose hasta hace 40 millones de años. Después de reanalizar la información, desapareció la supuesta explosión de especies de diatomeas de los últimos 18 millones de años. En su lugar, se observa un lento crecimiento reciente en el número de especies, con un incremento y un decrecimiento mucho más notables a fines del Eoceno, hace unos 33 millones de años.

Con esta nueva cronología, las diatomeas alcanzaron el pico de su diversidad al menos 10 millones de años antes de que se extendieran las grandes llanuras verdes.

El por qué la diversidad de las diatomeas aumentó hasta ese pico y luego decayó, en un período de 4 a 5 millones de años, es todavía un misterio. Pero este comportamiento se corresponde con un período en que el clima global cambió de cálido a frío. Es tentador aventurar la hipótesis de que estos pequeños componentes del fitoplancton, al absorber dióxido de carbono del aire, pudieron haber ayudado a provocar el enfriamiento climático global más severo en los últimos 100 millones de años.