Globalización Microbiana (Lo que el viento se llevó)

Y en un aeropuerto de África, caracterizado por su extrema aridez, se escucha por los altavoces: “Aviso de salida de los pasajeros destino a los bosques tropicales de Sudamérica y Mesoamérica, última llamada, embarquen en la partícula nº “1539862699003”.

Las bacterias no dejan de ser partículas vivas, por lo que viajan por el aire como las inorgánicas. Sus formas de resistencia y, posiblemente otras adaptaciones, así se lo permiten. La noticia que vamos a presentar hoy nos informa de los viajes estratosféricos (por la alta atmósfera) a lo largo de miles de kilómetros tanto  del polvo atmosférico como de los microrganismos. En si mismo, tal hecho aporta poco, por cuanto conocemos relativamente bien los procesos de erosión/ transporte/ disposición eólicas. Ya Louis Pasteur demostró en 1861 que las bacterias pueden viajar por el aire. Hasta aquí, ninguna novedad. Como valiosos compañeros de vuelo les acompañan en sus valijas los nutrientes indispensables para el florecimiento de la vida: fósforo, nitrógeno y hierro, entre otros. Ya se sabe que estos últimos ayudan a fertilizar los océanos, incrementando la producción del fitoplancton sobre el que se sustenta toda la cadena trófica marina. Sin embargo, ¿en que medida ocurre lo mismo en los ecosistemas terrestres? ¿Resulta de importancia este proceso para fertilizar ecosistemas muy pobres en nutrientes como lo son muchos de los bosques tropicales de Suramérica? ¿Se trata de un mecanismo positivo o negativo?. Posiblemente la pregunta se encuentre mal planteada, por cuanto puede depender tanto de la composición, como de su cantidad. Lo realmente importante son las incertidumbres que aun padece la ciencia a cerca de la importancia de estos viajes (a menudo transcontinentales) en el funcionamiento de la biosfera, hidrosfera y edafosfera planetarias.  Lo que si parece claro, desde un punto de vista biológico, es que en el universo microbiano la globalización se inició al menos hace varios cientos de millones de años, usando el mismo vehículo que hoy utiliza el hombre, el aire. Quizás, por esta razón, no encontramos patrones claros de semejanza entre la biodiversidad macroscópica y la microscópica. Si consideráramos tal trasiego aéreo como una amenaza de ser acechados por especie invasoras, resulta palmario que (i) tal tipo de especies y sus repercusiones son casi tan viejas y naturales como la vida misma y (ii) que estos emigrantes no se suben a sus partículas-aviones a tontas y a locas. Como si de un tráfico aéreo humano se tratara, existen aeropuertos de despegue o procedencia muy importantes (ecosistemas originalmente residentes), como también aeropuertos de destino (ecosistemas) francamente populares. Los primeros suelen coincidir con zonas áridas, mientras los segundos resultan ser más variados, pero menos secos. Ahora bien, de nuevo la intensidad del tráfico parece seguir rutas bien marcadas, como se puede observar en el mapa que adjuntamos más abajo.  Los patrones atmosféricos en un momento dado de la historia de la Tierra determinan las fuentes emisoras y receptoras tanto de polvo, nutrientes y microrganismos del suelo. Al cambiar los primeros lo hace también las principales rutas de tráfico, viajeros y equipaje incluidos. Eso sí, seguramente, el impacto del hombre parece aumentar tanto la carga como el número de viajes. Si las sequías son recurrentes, sabemos que su intensidad puede incrementarse por el calentamiento climático, por lo que también lo haría el  tráfico. Más aún, desde que la especie humana comenzara a desarrollar la agricultura y ganadería, aumentó palatinamente la superficie de suelo desnuda, que deja al suelo expuesto a las inclemencias meteorológicas es decir, a la acción del viento en ambientes áridos y semiáridos.  Como corolario, ha podido ir incrementando este trasiego global de individuos (organismos) y mercancías (partículas y nutrientes). A veces tanto unos como otros se asocian en forma de packs comerciales/turísticos. Tal es el caso de los misteriosos Iberulitos. Fijémonos, poe poner un ejemplo, en el caso de este territorio netamente exportador como lo es el Sahara/Sahel.

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Principales Fuentes de polvo y sus teleconexiones Fuente: Snail’s tale The major global dust transport systems. (Figure from Kellogg & Griffi, 2006)

Entre 60 y 200 millones de toneladas de polvo atmosférico son deprendidas anualmente de los suelos de esos ambientes, acompañados de los mentados nutrientes y organismos. Si bien tal material puede aterrizar en diversas partes del mundo, al ser principalmente arrastrado por los vientos del Este (trade winds), terminan por alcanzan preferentemente territorios como las Islas Canarias y las del Caribe, tal cual lo hacen actualmente los turistas españoles durante el estío. Y retornamos pues a la pregunta: ¿habría por ejemplo que valorar en que, cuanto y como contribuyen los materiales vivos y no vivos del Sahara al mantenimiento de la fertilidad de los bosques tropicales?. ¿Qué organismos compran los boletos para tales viaje?. Al parecer bacterias, hongos, virus, pero también ciertos pequeños invertebrados hacen uso habitual de estos vuelos ”low cost”. Técnicas moleculares permiten actualmente analizar y ayudar a identificar la composición del material biológico transportado, como agentes de aduana. La mayoría de los microrganismos no son patógenos pero alguno sí, pudiendo afectar a la salud humana o enfermar cultivos y ganado. Por ejemplo, la investigación que dio lugar a la nota de prensa que hoy os reproducimos abajo, nos informa de la presencia de Pseudomonas(colonizadoras de una amplia variedad de nichos) Estafilococos (un grupo que incluye hasta ciertos microbios que habitan en nuestra piel) y Acinetobacter, un típico descomponedor de la material orgánica de los suelos. Sin embargo, existen otros muchos tipos de pasajeros que hacen uso de estas líneas aéreas. También los investigadores implicados dicen haber detectado considerables semejanzas genéticas entre los microrganismos que llueven del cielo sobre los suelos y lagos de la alta montaña española (Sierra Nevada, Pirineos) con otros que habitan en los ambientes edáficos de Mauritania. Conociendo el alto grado de transferencia horizontal de genes en el mundo bacteriano, entre tipos filogenéticamente muy distintos, no resulta ya tan extraño entender que tal turismo sexual puede haber homogeneizado las diferencias raciales de los habitantes edáficos de distintas partes del mundo, incluyendo los de distintos continentes, para desconsuelo y aturdimiento de los ecólogos microbianos.  No está claro si todos los viajeros se trasportan en forma de esporas o, por ejemplo, algunos incrementan la secreción de ciertas sustancias que propician su adhesión a partículas minerales, así como que estas a su vez puedan recíprocamente protegerlos.

En cualquier caso, reiteramos una vez más que la adición de estos materiales puede ser positiva o negativa para los ecosistemas de destino, si bien su cantidad, a menudo propiciada por la acción del hombre, influya en como deba considerarse su impacto final.

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Bacterias viajando por la estratosfera. Fuente WUWT

El mapa muestra tres focos de misiones principales, Sahara/Sahel, desierto Australiano (outback) y el asiático de Gobi y territorios aledaños. Así la lluvia de nutrientes fertilizará considerables extensiones de los océanos Pacífico, Atlántico, Índico, etc. Desde el punto de vista de los gérmenes, la colonización de las islas queda globalmente garantizada. Los nutrientes no serán particularmente beneficiosos a numerosos archipiélagos, a no ser que por su antigüedad alberguen suelos muy antiguos y pobres en nutrientes. No ocurre lo mismo con el trasiego entre el Sahara/Sahel y el escudo guayanés y la cuenca amazónica, debido a que en estas últimas la fasta de nutrientes de los suelos es la norma. Ahora bien:

¿En que medida los emigrantes africanos y especialmente la carga que transportan son importantes en para bosques lluviosos tropicales de Latinoamérica sobre suelos infértiles?. ¿Cómo afectará el cambio climático estas rutas de transporte aéreo?. ¿Hasta que punto los ciclos biogeoquímicos globales se encuentran condicionados por estos viajes transoceánicos?, ¿Como se ve afectado el metabolismo de los ecosistemas edáficos de destino?, ¿la geografía fitopatológica también se encuentra condicionada por tales teleconexiones?, ¿Sera esta la razón, o una de ellas, por lo que ciertos patrones detectados en los ensamblajes de organismos complejos no se dan en otros más simples, como las biocenosis microbianas del suelo? ¿En que medida, a escala planetaria, las mentadas zonas exportadoras pueden considerarse de gran importancia en el mantenimiento de la biosfera en otros continentes?.

Juan José Ibáñez (gencia de viajes transcontinentales S.L.)

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Millions of Microorganisms Reach Spain from the Sahara Desert and the Sahel Region — By Flying

ScienceDaily (July 26, 2010)Every day, millions of microorganisms reach Spain from the Sahara Desert and the Sahel region — by flying. Louis Pasteur demonstrated back in 1861 that germs can move through the air, but it was only recently discovered that bacteria, fungi and viruses can travel thousands of kilometers stuck onto dust particles. Satellite images show clouds that come close to the size of the Iberian Peninsula.

For the first time, the international team on the Ecosensor project, funded by the BBVA Foundation, has analyzed these traveling microorganisms using molecular biology techniques. As well as identifying the species, they have found that they colonize high-mountain lakes in the Sierra Nevada and the Pyrenees, and that the phenomenon is escalating with climate change.

The “migration” of these microorganisms on African dust is most intense in spring and summer, and has been gathering momentum in recent years; at times multiplying their numbers ten times over. This is due, researchers say, to the drought afflicting the Sahel region for the last thirty years, itself a product of our changing climate. An added spur is the loss of plant cover in Africa driven by changes in farming practices. It is reckoned that between 60 and 200 million tons of dust rise up from the Sahara every year; a material rich in nitrogen, phosphorus and iron with an important role in the growth of marine plankton, and even the fertilization of tropical forests.

Ecosensor brings together an international team of atmospheric physicists and biologists led by Isabel Reche, of the University of Granada, and Emilio O. Casamayor, from the Blanes Center for Advanced Studies. The molecular biology techniques these researchers use allow them to detect almost all the organisms present in a given sample, in contrast to earlier methods which Reche explains revealed “a good deal less than there really is.”

The Canary Islands bear the brunt

That is why until now we could not even identify 0.1 percent of the 500 bacteria present in a liter of air, and had no inkling of how they might affect their “destination” ecosystems. The Saharan dust spreads across the whole planet, but the prevailing winds — from the east — mean the regions most affected are the Canary Islands and the Caribbean.

Ecosensor researchers have taken air samples in the places where it is easiest to detect the rain of microorganisms, such as high-mountain lakes. “Such spots have barely been altered by local human activity” Reche remarks, ” so they are invaluable for studying the incidence of invading airborne microorganisms blown in from remote sources.”

The lakes chosen are located in Sierra Nevada and the Pyrenees, as well as the Alps (Austria), Argentinean Patagonia, the Bylot Islands in the Arctic (Canada), and the South Shetland archipelago (Antarctica).

The researchers suck out air, filter it and extract the DNA of the organisms present. “By analyzing the genes we can tell what microorganism they belong to,” Reche continues. They also separate the microorganisms to ascertain which can reach the lakes alive.

The same life in Sierra Nevada, the Pyrenees and Mauritania

Their results, which have recently appeared in various scientific publications, show that Sierra Nevada and Pyrenean lakes harbor microorganisms “that we have also found in the soil in Mauritania,” says Reche. “It is truly amazing.” Among the microorganisms identified are Pseudomonas — a Bacillus genus capable of colonizing a wide range of niches; Staphylococci — a genus that includes microorganisms present in human skin, and Acinetobacter, which contribute to the mineralization of the soil. In general terms, they are considered to be non-pathogenic for humans.

But how might the advent of these new microorganisms affect local ecosystems?The increase in dust load in pristine ecosystems, like high-mountain lakes, has major repercussions” explains Reche, “because with it come nutrients that fertilize the lakes and alter their microbial communities.” Some of these changes have harmful effects; indeed the dust may already be damaging the fauna and flora of some ecosystems. Caribbean corals, for instance, are suffering decline due to excess dust deposition.

Another big question is, how do microorganisms manage to stay biologically active after their journey? The dust travels at between 2000 and 4000 meters altitude, exposed to severe dryness and harmful radiation; not all the organisms found form spores, so they must have other defense mechanisms at their command.One hypothesis mentioned by Reche is “an increase in the quantity of protective pigments, which adhere to the mineral particles, conferring a degree of protection.”

Story Source: The above story is reprinted from materials provided by Fundación BBVA, via EurekAlert!, a service of AAAS.Note: Materials may be edited for content and length. For further information, please contact the source cited

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