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| Figura 2 |
Luego de la Revolución Industrial, el
exceso en la producción de gases de efecto invernadero, como dióxido de carbono
(CO2) y metano (CH4), ha incrementado de manera exponencial en la atmósfera,
proceso en gran parte responsable del fenómeno denominado cambio climático.
Entre las consecuencias del cambio
climático, una de las más importantes es el progresivo aumento en las
temperaturas medias del mar.
El Panel Intergubernamental para el Cambio
Climático (IPCC, en sus siglas en inglés) ha predicho que las temperaturas del
mar podrían subir entre 2 y 6 °C para fines del siglo XXI.
En este contexto, se ha determinado que la
península Antártica será uno de los lugares del planeta más afectados por los
aumentos de temperaturas derivados del cambio climático, poniendo en riesgo un
porcentaje importante de organismos con alto valor ecológico.
Es importante considerar que las
macroalgas son base de las cadenas tróficas en ecosistemas templados y polares,
por lo que su presencia y prevalencia es determinante para el equilibrio de
ecosistemas con gran diversidad ecológica y relevancia económica.
Dirigidos por los doctores Claudio Sáez
Avaria y Paula Celis Plá, respectivamente, ambos de la Universidad de Playa
Ancha (UPLA) y, en un esfuerzo internacional que incluyó a los doctores
Fernanda Rodríguez y Céline Lavergne (UPLA), Nelso Navarro (Universidad de
Magallanes), Pirjo Huovinen e Iván Gómez (Universidad Austral de Chile),
Alejandra Moenne (Universidad de Santiago de Chile) y Murray T. Brown
(University of Plymouth; Reino Unido), realizaron una ambiciosa investigación
conducente a entender las respuestas y el potencial de sobrevivencia de las
macroalgas del intermareal costero de la península Antártica ante futuros
incrementos de temperatura asociados al cambio climático.
Estas investigaciones “Respuestas
bioquímicas y moleculares revelan mecanismos de tolerancia en macroalgas de la
Antártica para prosperar bajo cambio climático” y RG_10_18 (“Respuestas
fotoprotectoras en macroalgas marinas antárticas, debido a condiciones de
estrés por cambio climático”), contaron con el financiamiento INACH rt_09_16.
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| Macroalgas marinas antárticas |
En este contexto, la información
recopilada permitiría concluir que, por lo menos en términos de incrementos de
temperatura, las especies estudiadas de macroalgas intermareales verdes, rojas
y pardas podrían desplegar mecanismos de tolerancia suficientes para
contrarrestar y sobrevivir ante escenarios pesimistas de cambio climático para
fines del siglo XXI. No obstante, existe la posibilidad que
algunas especies puedan modificar su cobertura latitudinal y, eventualmente, su
distribución hacia el sur dentro de la península Antártica.
Las especies de macroalgas verdes, rojas y
pardas Monostroma hariotii, Pyropia endiviifolia y Adenocystis utricularis,
respectivamente, utilizadas como modelos de estudio para esta investigación,
fueron colectadas en punta Artigas (62° 02’ 00” S; 58° 21’ 00” O; fig. 1).
Luego, en el laboratorio, se sometieron a
2 °C (temperatura promedio en verano austral actual) y 8 °C (según predicciones
negativas para fines del siglo XXI por IPCC) por hasta cinco días; lo anterior,
en la base “Profesor Julio Escudero”, del INACH, en la isla Rey Jorge,
península Antártica.
Se determinaron una serie de parámetros a
distintos niveles de organización biológica.
En
términos ecofisiológicos, se midieron indicadores asociados a la fluorescencia
in vivo de la clorofila a del fotosistema II de los cloroplastos de las
macroalgas. Por otra parte, a nivel bioquímico, se estudiaron respuestas
antioxidantes y síntesis de compuestos antioxidantes asociados al ciclo del
glutatión - ascorbato, conocido como el sistema de control redox más importante
en organismos fotosintéticos.
Finalmente, en términos moleculares, se
determinaron los niveles de expresión de genes que codifican por enzimas
antioxidantes y proteínas de shock térmico (hsp como son conocidas por sus
siglas en inglés) para la especie de macroalga P. endiviifolia, estas últimas
conocidas por tener un rol sustancial en la reparación de proteínas
desnaturalizadas por incrementos de temperatura.
Los resultados proporcionaron interesantes
nociones de cómo responderían estas macroalgas en los próximos años. Por una
parte, los datos fotosintéticos no evidenciaron patrones que indicaran que los
incrementos de temperatura indujeran una afectación a nivel ecofisiológico en
M. hariotii, P. endiviifolia y A. utricularis.
Por otra parte, a nivel bioquímico, no se
evidenciaron incrementos en las concentraciones de especies reactivas de
oxígeno que pudieran asociar se a altas temperaturas, por lo que la información
indicaría un buen control y prevención de estrés oxidativo. Esto fue confirmado
por los niveles de peroxidación de lípidos, indicador de daño oxidativo, sin
cambios aparentes inducidos por los incrementos a 8 °C.
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| Los doctores Paula Celis Plá y Carlos Sáez Avaria, UPLA |
Así también, los niveles de glutatión y
ascorbato, importantes compuestos antioxidantes celulares, se mantuvieron
principalmente en sus formas reducidas en todas las especies estudiadas,
evidenciando buen reciclaje y síntesis para mantener los controlados y evitar
el daño oxidativo, como fue confirmado anteriormente.En el caso de P. endiviifolia, se observó
un aumento en la expresión de las enzimas antioxidantes testeadas (superóxido
dismutasa, ascorbato peroxidasa y glutatión reductasa), principalmente a los
tres días de exposición a incrementos de temperatura.
Asimismo, se estudió la expresión de 5 hsp
de distinta masa molecular; la mayoría de estas hsp mostraron mayores niveles
de expresión a los tres y cinco días de exposición a 8°C en comparación a
temperatura control de 2 °C. Un resumen infográfico de los principales
hallazgos puede verse en la figura 2.
Los resultados de la presente
investigación demostraron que en términos ecofisiológicos y de metabolismo
antioxidante, las macroalgas de la península Antártica pudieron sobrellevar de
buena manera los incrementos de temperatura a las que fueron expuestas. A nivel
transcriptómico, el estudio sugiere que las macroalgas inducen mayores niveles
de expresión de proteínas asociadas a mecanismos de tolerancia al potencial estrés
que puedan provocar los aumentos de temperatura.
Lo anterior, indicaría que este proceso
sería una estrategia celular para mantener proteínas con rol en la tolerancia a
ciertos niveles, suficientes para evitar estrés y daño celular que pueden
causar aumentos de temperatura ambiental.
Esta investigación proporciona uno de los
primeros antecedentes holísticos a distintos niveles de organización biológica
acerca de las potenciales respuestas de macroalgas polares antes futuras
condiciones de cambio climático.
Estos hallazgos han sido publicados
recientemente en la prestigiosa revista internacional Science of the Total
Environment (volumen 740, artículo 140379 del 2020).
Algunos nuevos avances pendientes dentro
de estos proyectos de investigación, serán entregados por los primeros
transcriptomas completos de macroalgas del intermareal antártico, información
que permitirá profundizar aún más en respuestas y potenciales mecanismos de
adaptación a próximos escenarios de cambio climático en zonas polares del
planeta.
