Reconstruyen la comunidad biológica de una muestra microbiana “momificada” de 1000 años de antigüedad

Un equipo de investigadores del Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA, en colaboración con la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad McGill (Canadá), ha reconstruido la comunidad biológica y metabólica de un tapete microbiano de la Antártida.

Los tapetes microbianos son conjuntos de microorganismos, compuestos por bacterias, arqueas, eucariotas y virus, que forman una estructura vertical y viven en comunidad dando lugar a un complejo micro-ecosistema. El análisis de los restos biológicos de tapetes microbianos antiguos y preservados permite reconstruir la comunidad biológica que tuvo en el pasado, así como las relaciones entre individuos y con el medio ambiente.

En este trabajo, publicado recientemente en la revista Frontiers in Microbiology, el equipo ha reconstruido la comunidad biológica y los metabolismos de un tapete microbiano de aproximadamente 1.000 años de antigüedad. El tapete de estudio se encontró totalmente seco y “momificado” en la ladera de una pequeña montaña de hielo cerca la isla Bratina, en la plataforma de hielo McMurdo, en la Antártida.

Uno de los estanques de agua de deshielo cercanos a la localización del tapete microbiano antiguo de estudio. En la fotografía se pueden observar tapetes microbianos activos dentro del estanque y en la orilla. Crédito: Antonio Quesada.

En la superficie de la plataforma de hielo McMurdo hay una red de estanques de agua de deshielo. Debido a la continua presión que ejerce la plataforma sobre la isla Bratina y a la capacidad de deformación del hielo, la topografía de la plataforma es cambiante.

Estos cambios en la topografía pueden llegar a causar la desaparición de los estanques de un año a otro y, por tanto, dejar desconectados del agua a tapetes microbianos que un día crecieron en las orillas. Estos tapetes microbianos secos y preservados sirven hoy de archivo de las condiciones que un día fueron propicias para su crecimiento.

El análisis de biomoléculas, como el ADN, las proteínas o los lípidos, son clave para estudiar la composición biológica de una muestra (moderna o antigua), ya que están presentes en todas las células de todos los seres vivos. Mediante el análisis conjunto de estas tres biomoléculas se ha conseguido superar las brechas de información derivadas del análisis de cada tipo de biomolécula por separado en muestras antiguas.

Según explica María Ángeles Lezcano, investigadora del Centro de Astrobiología que ha liderado el estudio “Determinar la composición microbiana en una muestra antigua es muy complejo debido a varios factores. El primero es que cada biomolécula tiene diferente capacidad de preservación a lo largo del tiempo, siendo mayor en los lípidos, seguido de las proteínas, y menor en el ADN. Por otro lado, el ADN tiene mayor especificidad taxonómica, es decir, permite clasificar los individuos hasta nivel de especie, mientras que los lípidos solo ofrecen una clasificación genérica (1). Por último, los diferentes métodos de análisis utilizados para cada tipo de biomolécula conllevan sesgos analíticos. Por tanto, interpretar la composición biológica de una muestra antigua con el análisis de un único tipo de biomoléculas puede contribuir a una reconstrucción incompleta de la muestra y de su escenario ecológico pasado”.

Para superar estos escollos, el equipo ha combinado el análisis de ADN, proteínas y lípidos utilizando técnicas de secuenciación masiva de determinados genes, metaproteómica (técnica para identificar todas las proteínas preservadas en la comunidad microbiana), análisis de biomarcadores lipídicos y microscopía de fluorescencia (para visualizar microorganismos con capacidad de hacer fotosíntesis).

El análisis del ADN mostró un perfil microbiano dominado por microorganismos resistentes a condiciones ambientales adversas (como el orden de bacterias Clostridiales, que son formadoras de esporas). Por el contrario, las proteínas permitieron identificar microorganismos que no fueron detectados por el análisis de ADN, como cianobacterias. Los lípidos más resistentes a la degradación (alcanos) confirmaron la presencia de cianobacterias y también sugirieron la presencia de musgos y/o restos de plantas vasculares de un periodo en el que el clima en la Antártida era más cálido al actual (ej., Mioceno medio y/o Eoceno).

Notas

(1) No permiten diferenciar a nivel de especie, pero la presencia de algunos lípidos concretos permite distinguir entre grupos organismos de forma más general, como cianobacterias, diatomeas, bacterias que reducen el azufre, plantas, etc.

Tapete microbiano seco (arriba) y esquema de los procesos físicos que se producen en la plataforma de McMurdo cerca de la costa de la isla Bratina (abajo). Las flechas negras horizontales de la plataforma de hielo indican el sentido y la dirección de la compresión del hielo en la costa de la isla, proceso que causa que el hielo se pliegue y favorezca la presencia de estanques de agua. Las flechas verticales/inclinadas indican el sentido y la dirección de la ascensión de sedimentos marinos como resultado de la acreción del hielo bajo la plataforma y la sublimación del hielo en la superficie. Los diferentes colores de los estanques de agua representan una mezcla de condiciones (por ejemplo, diferentes salinidades), y el recuadro rojo indica la ubicación hipotética del tapete microbiano en la actualidad (seco y expuesto a las condiciones atmosféricas). Crédito: María Ángeles Lezcano Vega.

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