Contes del mar extraordinàriament petits

Som gegants. Vivim en un món de bellesa invisible que és imperceptible a l’ull humà però quan es mira per un microscopi s’obre un món sorprenent. Per ensenyar-vos aquest món ocult, he trobat un vídeo que mostra l’inesperat ecosistema microscòpic de l’oceà: The secret life of plankton de’n T. Thys. Tot comença amb la història d’un peix.

El peix, que pertany al món del plàncton, explica com de divers és el món en una gota d’aigua, on neixen molts organismes però pocs arriben a adults. Així que explica la seva història des que és una larva fins que es fa adult. Explica la seva època de guarderia i quins són els seus veïns: els juvenils, el zooplàncton, els copèpodes, el krill. Explica quins són els seus depredadors i les batalles que s’hi lliuren amb els enemics. També surt en escena el fitoplàncton, organismes fotosintètics que suren lliures a l’aigua, que són l’aliment bàsic de molts organismes marins. Continua la historia i el peix explica com durant la nit molts com ell mengen i durant el dia tornen a la foscor amb uns companys ben rarets. Fixeu-vos amb els monstres que apareixen. Semblen trets de les pel·lícules d’aliens, o potser és al revés? I fixeu-vos que els organismes són transparents! un dia parlaré d’això.

Colla, després del vídeo m’agradaria que una altra vegada que aneu a la peixateria penseu en la vida que han seguit els peixos abans no arriben a la nostra taula. Una vida errant que és invisible als nostres ulls.

Love is in the air

Avui mitja humanitat enamorada celebra una festa anglosaxona. Hi haurà notes, regals, símbols amb forma de cor i angelets amb un arc que envien fletxes d’or amb la punta esmolada que provoquen l’amor a l’instant. Doncs que sapigueu que això de les fletxes no és gens original, i que a la natura ja està inventat!

Dards

Diversitat de dards.
Escala 500 micres vistes laterals i 50 micres seccions transversals.
J. M. Koene and H. Schulenburg. BMC Evolutionary Biology, 2005, 5:25

Els llimacs i cargols tenen un festeig molt curiós. Abans de la còpula, aquests organismes apunyalen a les seves parelles amb dards. Sí, sí, es disparen mútuament dards de mides i formes ben diferents. Us deixo unes fotografies de microscòpia electrònica d’aquests dards, fotos de costat i de la secció transversal.

Bé, en realitat no els disparen, els dards sobresurten del cos dels cargols però tot i així poden causar lesions i fins i tot la mort de les seves parelles! Els investigadors pensaven que això era estimulant o estava dissenyat per coordinar l’intercanvi d’esperma i òvuls, però ara es pensa que els dards introdueixen mocs que transporten un tipus d’hormones. Els llimacs i cargols són hermafrodites i les hormones servirien per configurar els òrgans reproductius. Si un cargol produeix l’esperma, l’altre l’hauria d’acceptar més fàcilment i ajudar a moure’l cap als ous femenins perquè els gàmetes arribin al seu destí final.

Aquest comportament també s’ha vist en alguns cucs, que són hermafrodites. Durant el festeig i la còpula, hi ha uns pèls de quitina que són impulsats cap a la parella. De vegades penetra la paret del cos i gairebé arriba a la cavitat abdominal. També en aquest cas es pensa que s’allibera un tipus d’hormones per organitzar l’emmagatzematge d’esperma.

No sé jo si la historia del cupido ve dels llimacs, dels cargols o dels cucs, però quines coincidències més estranyes! 

Estranyes coincidències

Anemonia viridis i Leptomysis Llança Cap de Ras

L’Anemonia viridis i les gambetes Leptomysis
Plàncton, Divulgació i Serveis Marins SCP
http://www.plancton.cat

Imagineu que heu d’atacar la vostra presa o us heu de defensar d’un depredador? Doncs fàcil, la batalla comença quan expulses fletxes del teu cos per clavar-les a la teva víctima, li injectes líquids verinosos per matar-la i llavors ja te la pots menjar. És molt bona estratègia i el més curiós és que, a la natura, està present en organismes molt diferents.

Aquest mecanisme és molt conegut en les meduses, coralls i anemones doncs tenen unes estructures que s’anomenen nematocists. Són estructures en forma de càpsula amb un filament i substàncies urticants que funcionen d’una manera molt fàcil: en presència de preses es descarreguen els nematocists, es claven els filaments a la víctima i se’ls injecta el líquid verinós. Si voleu veure una batalla d’anemones, aquí va un vídeo. Aquest mecanisme, que a l’organisme li serveix per menjar o defensar-se, el coneixeu molt bé, doncs és la font de la picor causada per les meduses, i ja sabeu que segons quines espècies tot plegat pot tenir conseqüències fatals.

Les dinoflagel·lades són organismes unicel·lulars i un dels meus grups preferits perquè nedant són el Michael Phelps de les microalgues. La meitat de les dinoflagel·lades que coneixem són fotosintètiques però l’altra meitat han perdut els seus cloroplasts i s’han convertit al costat fosc de l’heterotrofisme. Vaja, que com que han de menjar, se les han empescat per tenir estratègies de captura de les preses preferides. Penseu que moltes vegades ataquen preses d’una mida igual o més gran que elles mateixes, així que han de tenir un bon arsenal. Així, de la mateixa manera que els invertebrats marins que us he explicat abans, les dinoflagel·lades també tenen nematocists. Hi ha un grup, l’anomenat polykrikoid, que tenen aquests orgànuls plens de líquid amb un estilet connectat a un filament i una rampa, que sembla un conducte cap a l’exterior per les descàrregues. Es pensa que els nematocists de les dinoflagel·lades també estan involucrats amb la captura de les preses.

tanit

Polykrikos tanit vista al microscopi de rastreig.
A. Reñé. ICM.

Com és que dos grups d’organismes tan diferents i sense parentesc tenen estructures i estratègies similars? Possiblement és un dels exemples de convergència evolutiva: especies ben diferents desenvolupen solucions semblants. Però, com s’explica? Doncs a la natura és possible que problemes similars portin a solucions similars. Quina coincidència! …però de fet la coincidència és una mica intrigant amb el que ve ara.

Fa poc que hem descobert una nova espècie de dinoflagel·lada, la Polykrikos tanit, una d’aquestes que mengen i hauria de tenir nematocists perquè es troba a la base de la família de les espècies que sí que en tenen. Ens l’hem mirada i remirada i no n’hem trobat de nematocists. Potser no en té, potser els té i no els hem vist. Potser és l’ovella negra de la família de dinoflagel·lades amb nematocists. El que sí hem vist és que pot tenir una altra estratègia més refinada per capturar les seves preses. La tanit té una prolongació, una estructura que surt de la cèl·lula que l’ajuda a agafar la presa i perforar la seva membrana. És un peduncle que “xucla” el contingut de la presa com a si ho fes amb una palleta (veieu els peduncles a la foto del microscopi?). La tanit no té filaments ni líquids verinosos per disparar, però té tubs per agafar la presa i menjar-se-la… ja us deixo que imagineu i trobeu altres estranyes coincidències.

Regals que inspiren

El millor regal és aquell que no es pot comprar, que no té preu i la persona que te’l fa ha pensat amb el que t’agrada. L’amic invisible de la feina m’ha deixat un regal original: un palet de platja i un tros de vidre. Tant el fragment de roca com el de vidre estan del tot arrodonits per les vegades que les ones els han fet rodolar amunt i avall.

ndals 13 164 3

El palet de platja llueix una aquarel·la d’una dinoflagel·lada, la Ornithocercus, i en el tros de vidre hi ha dibuixat uns radiolaris amb tinta xina.

Dinoflagel·lades? Radiolaris? Tant uns com els altres són organismes marins microscòpics i formen part del plàncton que depèn dels moviments de l’aigua. Unes són productores, els altres són consumidors; unes fan closques de cel·lulosa, els altres de sílice… i tots dos grups els trobem en el registre fòssil!

L’interès que tenim per conèixer els organismes que han anat poblant el planeta i les condicions ambientals passades es satisfà amb el registre fòssil. Les observacions d’organismes indicadors, com els radiolaris i les dinoflagel·lades, en els sediments marins ens ajuden a descodificar el registre i respondre algunes de les preguntes plantejades.

Les associacions de radiolaris en les mars actuals vénen determinades pels corrents i per això són utilitzades per conèixer el moviment dels corrents i les masses d’aigua. Així també, certes espècies de dinoflagel·lades s’adapten a les diferents condicions de l’aigua superficial i per tant, la forma fossilitzada, els cists de resistència, s’utilitza per reconstruir les condicions superficials oceàniques passades. Uns i altres fan de registre i es converteixen en la memòria del mar.

He decidit que a la meva definició de regal perfecte afegiré aquell que et fa pensar i recordar allò que tenim guardat en un calaix. Gràcies amic-no-tant-invisible, faré memòria de tot plegat cada vegada que tingui els palets a la mà.

Secrets de família

arbre

Arbre. E. Tenedor.

Els microorganismes estan presents a tot arreu, a l’aigua, a l’aire, a la terra, fins i tot dins i fora del nostre cos. A la mar, la vida és majoritàriament microbiana i el paper dels microorganismes marins és tan rellevant que ens cal entendre que fan. Ara bé, molts d’aquests microorganismes no creixen al laboratori, i ho tenim difícil per saber quantes espècies hi ha, qui són i com viuen. És un món que sabem que hi és, però no hi podíem arribar-hi d’una manera fàcil.

El microscopi va obrir una nova perspectiva sobre aquesta vida “invisible” i és així que durant el segle XX els investigadors es varen adonar que la diversitat del món dels microorganismes era més gran del que es pensava i per tant l’arbre de la vida, el símbol per explicar les relacions entre els organismes i l’evolució de les diferents espècies, no estava ben representat.

Tot i la microscòpia, molts microorganismes no tenen una morfologia particular que ens ajudin a saber qui són, per tant només s’han investigat, amb gran esforç, algunes especies dels grups existents. Actualment, arribem a conèixer els microorganismes amb la seqüenciació del seu ADN. Tothom coneix la tècnica de seqüenciació, oi? la biologia forense és un camp aplicat molt famós (gràcies CSI!). Comparar la mateixa peça d’ADN dels diferents organismes ens permet saber si són parents. Amb aquestes seqüencies, podem omplir i endreçar l’arbre de la vida. Així que nosaltres, a la feina, fem arbres. Com en una genealogia on es representa un arbre, la soca és un avantpassat i les ramificacions, els seus descendents.

Heu de saber que posar ordre a les branques de l’arbre de molts microorganismes marins no ha estat possible fins ara. Això ha estat possible gràcies a les tècniques moleculars que s’han desenvolupant de tal manera que ara podem desxifrar l’ADN d’una sola cèl·lula. Només d’una! I això és fantàstic perquè moltes algues que ens interessen no creixen al laboratori. De fet no sabem què els hi agrada per viure. Ara, només que pesquem una cèl·lula, ja podem saber qui és. Ah! però no és tot tan bonic com sembla. Les algues tenen entre 10 i 30 micres de diàmetre o, el que és igual, entre 0.01 – 0.03 mil·límetres. El mèrit de tot plegat és agafar una sola cèl·lula viva de 0.02 mil·límetres que, a més, neda! Ah! i aquell dia millor no prendre cafè de bon matí!

Es donava el cas que hi havia tot un seguit de microalgues amb pocs caràcters morfològics que només s’havien observat i classificat al microscopi. L’Albert, un dels estudiants de doctorat del meu grup, va veure que aquestes microalgues, amb noms i cognoms diferents, tenien un “cert aire de família” i es va posar a fer feina. Va aïllar cèl·lules individuals i les va seqüenciar. Ja us podeu imaginar la feinada que és!  Però, quin bon ull! Les microalgues “pescades” es seqüenciàvem per primera vegada i amb les dades a la mà, vàrem ser capaços de construir l’arbre de família. Vàrem veure que les algues eren parents i les relacions de família estaven molt embolicades. De la mateixa manera que es demostra que aquell fill és d’un altre pare, vàrem veure que els noms i cognoms de les especies eren totalment incorrectes. S’havia de posar ordre. Així que vàrem establir la seva nova família i no només això, que com que tot estava tot tan embolicat, també vàrem definir tot el clan familiar!

La troballa ens permet reorganitzar la diversitat de les algues, però, a més a més, el tema és força sorprenent! Les algues no les vàrem pescar en un lloc remot, poc accessible i poc estudiat. No. Les algues són de la costa Mediterrània, una àrea ben estudiada, o això ens pensàvem! Estem molt contents! Tot i així, sabem que el que hem fet és només una gota a l’oceà, així que continuarem amb la feina de resoldre més secrets, que n’hi ha molts!

———————————————————————————————————————————————————————

01/10/2013 Avui em fa il·lusió actualitzar l’entrada. M’ha arribat un article on llegim l’opinió de’n Ramon Margalef de com anomenem les espècies noves. Precisament parla del Ceratoperidinum margalefii (=yeye), un dels organismes que està inclòs en la nova família caracteritzada i que, de fet, ell va definir inicialment. Vegeu el paràgraf on R. Margalef parla amb en F. Español (pàgina 14):

“Molta gent creu que descriure espècies noves i sobretot, batejar-les, és el súmmum per a un zoòleg. La tria dels noms probablement vol dir alguna cosa sobre la personalitat del naturalista. Linné escriu de com s’han d’escollir i de com no s’han d’escollir els noms, i tots recordem el seu rebuig dels noms massa llargs (“sesquipedalia”). Jo vaig descriure un Ceratoperidinium yeye, per veure substituït el yeye per un margalefi per un altre autor, amb l’argument tècnic de que no havia donat una descripció en llatí, però notant també que l’epítet no era seriós. I què és seriós? Coccothraustes coccothraustes igual pot suggerir un ocell que un grup de rock. En un treball sobre plàncton del Oceà Índic, veig que allí hi ha un copèpod que es diu Bestiola similis. Llongi Naves fou també diguem, pintoresc en donar noms. I vos?”

Un altre secret de família que no coneixia!

Tenir idees i posar-les a prova

Fem créixer el fitoplàncton i evitarem l’escalfament global! Una idea simple i elegant o atrevida i esbojarrada?

laura4

Fitoplàncton vist al microscopi òptic. L. Arín.

El fitoplàncton obté energia amb la fotosíntesi i en el procés absorbeix diòxid de carboni. Aquest diòxid de carboni no s’allibera necessàriament a l’atmosfera com ho fan les plantes. Part d’aquest carboni queda incorporat en les cèl·lules. Quan el fitoplàncton mor, sedimenta al fons de l’oceà, on es descompon. Aquest carboni orgànic roman en els sediments marins durant centenars d’anys. El procés és un ”segrest” de carboni de l’atmosfera cap el fons del mar i és per això que avui en dia entenem els oceans com embornals naturals de carboni.

El ferro és un nutrient essencial per al creixement del fitoplàncton i la forma dissolta és escassa a l’oceà. On hi ha manca de ferro, hi ha poc fitoplàncton. Una explicació és que la manca d’aquest nutrient manté aquests organismes limitats. Així que a principi dels anys 90 es va proposar la hipòtesis del ferro. La idea era que es podría fertilitzar l’oceà amb ferro, la fertilització augmentaria de manera espectacular la quantitat de fitoplàncton, i aquest després d’absorbir el diòxid de carboni, sedimentaria, per tant, es trauria carboni de circulació i es podria refredar el planeta. “Give me half a tanker of iron and I’ll give you the next ice age”, va dir mig en broma l’oceanògraf John Martin. Evitar l’escalfament global! El concepte era simple i les conseqüències incalculables.

El fitoplàncton com a control climàtic? Per alguns semblava una bestiesa. Les calculadores d’alguns oceanògrafs demostraven que els números de la fertilització i segrest de carboni no quadraven. Altres estaven convençuts que les poblacions minses de fitoplàncton en alguns oceans és perquè hi ha algú que se’l menja. Però, ningú tenia les proves per demostrar-ho. Potser la hipòtesis era certa.

El 1989, es va posar a prova la idea de la fertilització amb ferro amb un experiment a petita escala a l’Oceà Antàrtic. Es van omplir ampolles amb aigua de mar amb poblacions naturals de fitoplàncton, en algunes ampolles es va afegir ferro i en d’altres no es va afegir res i tot plegat es va posar a la llum del sol. En sis dies, el fitoplàncton va créixer de manera espectacular a l’aigua de mar enriquida amb ferro i el fitoplàncton sense ferro es va mantenir igual. S’havia trobat el que s’esperava: el ferro limita el creixement del fitoplàncton. Els resultats es van publicar a una revista molt prestigiosa i la idea es va transmetre al món.

Ara bé, alguns científics varen dir que les ampolles excloïen els depredadors que controlen el creixement de fitoplàncton i a més, el que passa en una ampolla no és podia generalitzar a l’oceà. La prova s’havia de fer a l’oceà.

Si? s’havia de modificar químicament una zona del mar per observar l’efecte? La controvèrsia estava servida. Tradicionalment, la investigació marina s’havia limitat a l’observació i els experiments “de l’ampolla” al laboratori per aprendre com funciona l’oceà. S’havia de fer geoenginyeria? Hi havia perill pel medi natural? Els efectes secundaris de la fertilització amb ferro a gran escala no es coneixien. Afegir ferro en àrees pobres marines és com regar un desert, s’està canviant un ecosistema. I amb tot això, hi havia un segon punt controvertit. Si es demostrava la hipòtesi del ferro, els polítics la podrien fer servir com a excusa per abandonar les polítiques de reducció del diòxid de carboni. Per què reduir el problema de l’escalfament global si la ciència podria proporcionar una solució ràpida, oi?

bloomMER_FR_20111202_51029_H1

Proliferacions de fitoplàncton a l’Oceà Atlàntic Sud, desembre del 2011. Els blaus i els verds corresponen a diferents tipus i quantitats de fitoplàncton. Imatge del satèl·lit Envisat, resolució de 300 m. http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth

Els científics van debatre aquest temes i van arribar a la conclusió que la hipòtesi de ferro s’havia de provar in situ i que una prova a petita escala no posaria en perill el medi natural. Així que, per primera vegada, al 1993, la hipòtesis del ferro es va posar a prova a l’oceà sota la mirada internacional. Un vaixell cap al sud-oest de les Illes Galàpagos, un laboratori portàtil, una grua del centre de la nau, grans barrils amb grànuls de ferro. Durant sis setmanes, els oceanògrafs varen treballar en un laboratori de la mida d’un vagó de metro. Hi havia moltes raons per què l’experiment es fes de manera impecable. També hi havia un rerefons particular, en John Martin havia mort per un càncer aquell any.

Així que es va fertilitzar una zona de 64 quilòmetres quadrats amb ferro. Per seguir la zona de mar rica en ferro es va idear una boia flotant com a guia del moviment de la mar. El vaixell podia seguir la zona en qüestió i durant l’experiment es treia aigua de la zona fertilitzada i la zona no fertilitzada per fer el seguiment del fitoplàncton. En tan sols un dia, la tripulació va veure que la mar tenia d’un color diferent: el fitoplàncton havia crescut. Martin tenia raó. I es va seguir l’experiment durant nou dies per calcular quan havia augmentat el fitoplàncton. Però en aquest experiment, la biomassa només va augmentar tres vegades més. La resposta de l’oceà a la fertilització era relativament feble i no era tant com esperaven. Tot i que la hipòtesi de ferro s’havia demostrat, els resultats donaven a entendre que l’ús de ferro per disminuir l’escalfament global no seria pràctic. La relació amb el clima no s’havia provat.

Els investigadors varen seguir pensant i discutint. I si la fertilització fos continua? El ferro que arriba a l’oceà prové de la pols dels deserts amb el vent i això passa de manera continua. Així que al 1995, una segona expedició científica va afegir ferro dues vegades i els resultats van ser impressionants. Aquest cop, el fitoplàncton va augmentar 30 vegades més. I, de tots els grups de fitoplàncton, les diatomees són les que més van créixer. A més a més, aquest cop es varen descobrir punts molt rellevants a l’hora de dissenyar els experiments i entendre els resultats. El ferro necessitava mantenir-se en solució i seguir estant disponible per als organismes a la zona superficial amb llum perquè tingues un efecte, i això no havia passat en el primer experiment. Altres aspectes rellevants a tenir en compte eren la composició de la comunitat de fitoplàncton, la fisiologia dels organismes, la relació dels compostos nutritius existents, les condicions oceanogràfiques, etc.

Des de llavors, s’han fet 9 experiments internacionals per entendre els efectes de la fertilització de ferro. Un d’ells es va dur a terme en aigües pobres en silici, un nutrient essencial necessari pel creixement de les diatomees. En aquest cas, va haver una proliferació de fitoplàncton però no de diatomees perquè el silici es va esgotar ràpidament. La quantitat de carboni segrestada va ser relativament petita perquè els depredadors es varen menjar el fitoplàncton i aquest no va sedimentar. Aquest experiment confirmava que el “segrest” potencial de carboni depenia en gran mesura de l’elecció del lloc de l’experiment i dels organismes que hi proliferen.

Un dels altres experiment es va realitzar en una àrea amb continguts alts de nitrats, un altre nutrient essencial necessari pel creixement del fitoplàncton. Aquest cop, el fitoplàncton que va créixer eren diatomees del gènere Pseudonitzschia. Aquest gènere és ben conegut doncs conté espècies tòxiques per la fauna marina i els humans. I així va ser, durant l’experiment varen trobar nivells alts del compost tòxic, l’àcid domoic. Aquesta toxina podia afectar directament als organismes que consumien el fitoplàncton i transferir la toxina als peixos i als ocells. L’ adició de ferro podia alterar significativament les xarxes tròfiques marines!

Desprès de tots els experiments i el camí recorregut, les conclusions dels estudis són que una única fertilització segresta molt poc carboni, i per tant, per captar una quantitat rellevant de carboni caldria una fertilització continua i a més gran escala que la realitzada fins ara. La fertilització pot tenir efectes inesperats sobre els cicles biogeoquímics i cap dels experiments realitzats fins ara descriu els efectes de les proliferacions de fitoplàncton a llarg termini. Els crítics i els defensors estan d’acord en què la majoria de les preguntes sobre l’impacte, la seguretat i l’eficàcia de la fertilització amb ferro de l’oceà només poden ser respostes amb més estudis. També s’està d’acord que no sembla correcte vendre la idea de l’adició de ferro amb les dades obtingudes doncs encara cal una demostració inequívoca de l’eliminació del diòxid de carboni, que aquest quedi retingut en els sediments marins per un temps llarg i que tot plegat té impactes ambientals acceptables i predictibles.

Si voleu saber més del tema, dintre de poc tenim una oportunitat única. Aquest any, el Premi Ramon Margalef ha estat concedit a la investigadora Sallie Chisholm per la seva contribució a la comprensió dels organismes fotosintètics dominants en l’oceà i per ser capdavantera en demostrar els efectes negatius de la fertilització amb ferro a l’oceà a les xarxes tròfiques. Aquí podeu trobar un article d’opinió sobre el tema. Quan vingui a l’octubre, la Dra Chisholm ens podrà explicar molt més de la forma d’estudiar l’oceà i tot el que s’ha après durant aquest camí. Serà molt interessant escoltar-la!

I tu… a què et dediques?

diato1

Diatomea planctònica marina.
Escala 10 micres. E. Garcés.

-I tu… a què et dediques?
Investigo

-I què investigues?
M’interessen els microorganismes del mar. Els més petits, els que has d’observar al microscopi si vols saber qui són i que fan.

-I que fan?
Principalment són les plantes del mar. Són els productors que mantenen a la resta dels organismes marins.

-Per què t’interessen?
Tenen formes divertides, sobretot les diatomees. Les diatomees són com unes capses de sílice, o sigui de vidre, plenes de forats, porus, estries, prolongacions.

nsp

Diatomea planctònica marina.
Escala 10 micres. E. Garcés.

-Si, són boniques… però…
Algunes espècies produeixen toxines pels humans i pels organismes marins. Sovint les espècies tòxiques són molt semblants a les espècies innòcues, per tant haig de saber qui és qui amb tota seguretat.

-Uf! que difícil.
No, no és difícil, només has de saber observar.

-Ah, llavors ets una observadora del mar.
Sí, això mateix.