Un estudio revela que la oscuridad potencia la producción de microalgas

Un equipo multidisciplinar de investigadores de la Universidad de Cádiz, España, reveló que la oscuridad prolongada puede actuar como un potente estimulante en la producción de compuestos naturales clave en ciertos tipos de microalgas marinas, conocidas como diatomeas costeras. El estudio demuestra que estos organismos generan significativamente más sustancias biológicamente activas tras largos periodos sin luz, lo que ayuda a explicar su notable capacidad de supervivencia y resiliencia en el medio oceánico. Las diatomeas, organismos fitoplanctónicos eucariotas ubicuos, desempeñan un papel crucial como productores primarios, siendo la base de la red trófica marina pelágica. 

En regiones templadas, estas algas son los principales causantes de eventos de floración estacional. Una vez que estas floraciones se disipan, las diatomeas tienden a hundirse en la columna de agua hasta los fondos marinos costeros, entrando en un ambiente completamente oscuro. Es decir, permanecen más cerca de la luz en su periodo más productivo y luego se hunden hacia las profundidades del mar. En la naturaleza, al enfrentarse a mencionadas condiciones desfavorables como la oscuridad y el agotamiento de nutrientes, varias especies de diatomeas han desarrollado estrategias adaptativas para asegurar su supervivencia, incluyendo la formación de etapas de reposo. Y de esta manera pueden resistir y ser capaces de reactivarse incluso después de meses o hasta dos años en la oscuridad.

Dos especies costeras comunes

Se trata de un fenómeno bien documentado en especies antárticas y templadas. Sin embargo, hasta la publicación de este estudio, se disponía de información limitada sobre cómo la ausencia prolongada de luz afectaba directamente a su metabolismo y, en particular, a la síntesis de sus compuestos bioactivos. Para investigar esta relación crucial, el equipo de la Universidad de Cádiz recreó floraciones en laboratorio de dos especies costeras comunes en el golfo de Cádiz: la diatomea céntrica Cyclotella cryptica y la diatomea formadora de cadenas Skeletonema pseudocostatum. Los cultivos experimentales fueron sometidos a oscuridad completa durante 75 días a 20 °C, simulando el tiempo aproximado que se pensaba que estos organismos pueden pasar inactivamente en los sedimentos marinos.

Tras la incubación en oscuridad, y al ser reexpuestas a la luz, ambas especies sobrevivieron, recuperaron su actividad fotosintética y reanudaron el crecimiento celular. El hallazgo clave fue que la oscuridad potenció significativamente la producción potencial de aldehídos poliinsaturados (PUAs). Skeletonema pseudocostatum mostró un notable aumento de sus niveles de PUAs, multiplicándolos por siete (de 0.012 a 0.083 fmol célula−1), mientras que Cyclotella cryptica quintuplicó la producción de estos compuestos bioactivos (de 0.112 a 0.573 fmol célula−1).

Los responsables del estudio han destacado que cada especie empleó una estrategia diferente para resistir la falta de luz. Skeletonema pseudocostatum mostró cambios morfológicos evidentes al generar hipnosporas o estructuras de resistencia. En cambio, Cyclotella cryptica no mostró alteraciones morfológicas significativas en su frústula, adoptando un estado de latencia vegetativa o hipometabolismo, manteniendo su integridad incluso en la oscuridad. A pesar de estas diferencias, ambas especies mantuvieron sus capacidades fotosintéticas, lo que les permitió una recuperación rápida al volver a unas condiciones más favorables.

Esta ardua investigación, publicada en la revista Marine Environmental Research, ha sido desarrollada por un equipo multidisciplinar de los grupos de investigación adscritos al Instituto Universitario de Investigación Marina (INMAR) y al Instituto de Biomoléculas (INBIO) de la Universidad de Cádiz. El proyecto se enmarca dentro de FICOEXPLORA, financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

El incremento en la producción de PUAs tiene importantes consecuencias para el Medio Ambiente. Los aldehídos poliinsaturados son oxilipinas que actúan como metabolitos secundarios y aleloquímicos potentes. Estos compuestos desempeñan funciones clave en la comunicación entre células, la defensa química contra la depredación (como la disuasión del pastoreo o efectos teratogénicos en copépodos) y la regulación de las redes tróficas oceánicas. La mayor cantidad de PUAs producida tras la oscuridad sugiere que las diatomeas que regresan desde el fondo marino podrían acelerar la sucesión de las floraciones, gracias a la liberación de estos aldehídos disueltos en el medio ambiente.

Más allá de la ecología marina, los resultados de este trabajo de investigación básica sobre las algas abren nuevas líneas de aplicación biotecnológica. La mejor comprensión de cómo la luz y la oscuridad modulan el metabolismo de las diatomeas puede optimizar las estrategias de cultivo para potenciar la producción de estos compuestos naturales. Esto tiene aplicaciones potenciales en farmacología, cosmética o bioingeniería. O incluso como ingredientes con propiedades antioxidantes, antimicrobianas o inmunoestimulantes, útiles en piensos funcionales para la acuicultura.

En conclusión, aseguran los responsables del estudio, la capacidad de las diatomeas para modular la producción de sus metabolitos secundarios en respuesta a la privación de luz subraya una ventaja adaptativa fundamental en los ecosistemas tan dinámicos de nuestras costas. Este estudio pionero demuestra que la oscuridad es un desencadenante ambiental significativo para la biosíntesis de PUAs. No solo descifra los mecanismos fisiológicos que explican la resiliencia de estos cruciales microorganismos para el fondo marino, sino que también ofrece un camino hacia la optimización en la producción de compuestos de alto interés biotecnológico.