La pérdida de hielo invernal está cambiando la red alimentaria de los Grandes Lagos: así es como la luz está dando forma a la vida bajo el agua

Los inviernos en los Grandes Lagos son duros, hasta el punto de que los científicos que trabajan allí suelen centrarse en los meses de verano, cuando pequeños microbios Se pensaba que los más productivos eran los que se encontraban en la base de la cadena alimentaria.

Sin embargo, las investigaciones emergentes están cambiando nuestra comprensión de estos ecosistemas invernales y arrojando luz sobre un mundo vibrante de actividad invernal justo debajo del hielo.

A principios de la década de 2000, los científicos descubrieron que las comunidades de diatomeas (pequeñas algas fotosintetizadoras) eran prosperando en la luz bajo el hielo del lago azotado por el viento.Pero resulta que eso era sólo una parte de la historia.

A medida que el hielo invernal de los Grandes Lagos desaparece, llegó mínimos históricos en el invierno de 2023-24 – nuevos análisis muestran que algunas diatomeas parecen tener una forma diferente de crear energía y sobrevivir en aguas oscuras, turbias y sin hielo hasta el verano.

Estos los microbios son cruciales para la salud de los Grandes Lagos.Limpian el agua de contaminantes y son el primer paso en la compleja red alimentaria que sustenta una pesquería que impulsa parte de una economía regional.Los cambios aquí pueden tener efectos generalizados en la ecología de los lagos y efectos económicos directos en las comunidades circundantes.

Rezumando del hielo

El interés por la vida bajo el hielo estalló en 2007, cuando un equipo internacional de científicos a bordo de un rompehielos de la Guardia Costera canadiense notó algo inusual mientras el barco se abría paso a través del hielo del lago Erie.

Cuando el hielo se rompió, un agua de color marrón oscuro brotó del lago.Fue repleto de diatomeas.

En el pasado se habían realizado estudios esporádicos de los microbios invernales, pero los limnólogos (científicos que estudian los lagos) no tenía las herramientas a entender completamente el comportamiento de los microbios hasta hace poco.

Durante los últimos cinco años, el Instituto Conjunto del Genoma de los EE.UU.El Departamento de Energía ha apoyado un proyecto de biología molecular que ha secuenciado el ARN de todos los microorganismos de muestras recolectadas del lago Erie para abordar cómo estos organismos sobrevivieron a los meses de invierno y podrían adaptarse, o no, a escenarios climáticos futuros.De este esfuerzo están surgiendo nuevas observaciones sobre cómo las diatomeas pueden estar utilizando la luz.

Usando proteínas comunes en los ojos de los animales

Normalmente pensamos en las diatomeas como organismos que utilizan la luz solar para convertir el dióxido de carbono en materia viva mediante la fotosíntesis.Son omnipresentes en verano en los Grandes Lagos, donde ayudan a alimentar los lagos. pesca deportiva y comercial multimillonaria.

Durante el invierno, las diatomeas pueden crear energía a partir de la luz que se filtra a través del hielo barrido por el viento.Sin embargo, cuando no hay hielo en invierno, las diatomeas se mezclan con el agua del lago que, a veces, puede describirse mejor como leche con chocolate.La luz penetra mal a través de esta agua turbia y las diatomeas reciben menos longitudes de onda de luz específicas que impulsan la fotosíntesis.

Recogimos muestras en el invierno de 2019-2020. comparar en qué se diferencian las comunidades de diatomeas en aguas abiertas de las que viven bajo el hielo.Nos sorprendió que cuando no había hielo, algunas diatomeas utilizaban una forma diferente de adquisición de energía, impulsada por un pigmento llamado rodopsina.

rodopsinas son proteínas que responden a la luz y que quizás sean más conocidas como un componente clave de los ojos de los animales.En sistemas marinos, se demostró en 2001 que estas proteínas participan en la generación de energía en las células bacterianas, específicamente produciendo trifosfato de adenosina, o ATP.El ATP es una sustancia química que los organismos utilizan como fuente de energía para muchos procesos celulares, lo que le ha valido el sobrenombre de “moneda molecular” de las células vivas.

Ahora parece que algunas diatomeas del lago Erie utilizar este mecanismo de generación de energía para aumentar la fotosíntesis con luz limitada en los meses de invierno sin hielo.

Las diferencias en los dos procesos pueden ser importantes:La fotosíntesis ayuda a las células a fijar carbono para producir nueva biomasa y energía celular en forma de ATP.Con las rodopsinas, aunque se produce ATP, no hay fijación directa de carbono.

Esto significa que es probable que las células persistan pero no crezcan en estas aguas turbias.Pero en biología, la supervivencia lo es todo:Si los competidores de un organismo no sobreviven a las duras condiciones, pero el organismo sí, habrá más nutrientes cuando las condiciones mejoren.Con este fin, las rodopsinas de estas diatomeas parecen ser tanto un mecanismo de supervivencia como una oportunidad para persistir en condiciones invernales turbias y sin hielo.

Observando cómo evoluciona la vida en el lago a medida que cambia el clima

A medida que nos adentramos en un Clima más cálido y era sin hielo. Para el lago Erie y otros lagos templados del norte, estos datos sugieren que, con el tiempo, las diatomeas que prosperaron en los lagos cubiertos de hielo pueden ser reemplazadas por diatomeas con rodopsinas en los meses de invierno.

Las consecuencias de este cambio son potencialmente múltiples:Pequeños cambios en la base de la red alimentaria pueden afectar a la pesca.Además, se sabe que algunas diatomeas producen compuestos que son tóxico para la vida silvestre y los humanos.

A estas alturas sólo tenemos conjeturas sobre cómo los cambios en las especies de algas alterarán la pesca, el turismo y la gestión de los recursos costeros a largo plazo.La forma en que las comunidades de algas cambian con el tiempo es una respuesta a muchos factores, y la luz es solo uno de ellos.Pero tener la oportunidad de observar este cambio desde el principio crea una oportunidad única para comprender el efecto del calentamiento climático en los Grandes Lagos y lagos similares en todo el mundo.