Estrategias nocturnas utilizadas por microalgas expuestas por académicos de Plymouth y Leicester
¿Cómo mantienen las microalgas planctónicas su metabolismo activo durante la noche o cuando hay una gran nubosidad?
Las microalgas planctónicas desempeñan un papel fundamental en la producción global de oxígeno y la conversión de dióxido de carbono en materia orgánica mediante la fotosíntesis. Estas diminutas algas flotantes crecen en aguas abiertas y solo pueden realizar la fotosíntesis durante el día, pero necesitan mantener su metabolismo activo durante la nubosidad densa, e incluso durante la noche.
Una nueva investigación del Laboratorio Marino de Plymouth (PML) y la Universidad de Leicester ha revelado cómo la fisiología de las microalgas ayuda a igualar el crecimiento durante el ciclo día-noche, luz-oscuridad.
La suposición no coincide con la realidad
Los modelos informáticos del comportamiento de las microalgas suelen asumir que la captación de recursos y el crecimiento activo solo ocurren durante las horas diurnas, pero en realidad, las algas ajustan su captación según la disponibilidad y las necesidades, que varían según el tipo de nutriente y las condiciones ambientales. Para la fijación de carbono, las microalgas suelen sobrefotosintetizar para compensar las fluctuaciones en la disponibilidad de fotosintato durante los cambios diarios de luz.
Los experimentos demuestran que las microalgas crecen más rápido de lo esperado con días más cortos, lo que compensa la luz diurna limitada. Los científicos creen que, durante las horas de luz, las microalgas deben fijar el carbono a un ritmo superior al promedio diario requerido, canalizando el exceso de carbono diurno a una reserva intermedia de metabolitos, que a su vez impulsa los procesos de crecimiento esenciales a lo largo del ciclo de 24 horas.
Sin embargo, debe haber algo dentro de la célula que limita la velocidad con la que se pueden procesar los recursos , y los científicos creen que puede estar relacionado con la replicación del ADN y otros eventos del ciclo celular.
Modelo vs experimento
Para investigar, el profesor Kevin Flynn y el doctor Andrew Yu Morozov desarrollaron una simulación que incluye bucles de retroalimentación para imitar cómo las algas reales regulan la absorción y el crecimiento, demostrando cómo estos factores interactúan en diferentes ciclos día-noche.
El modelo incluyó un grupo de metabolitos que divide el carbono adquirido por las algas en un grupo de metabolitos intermedios para el almacenamiento temporal del carbono de la fotosíntesis y un grupo estructural central utilizado para construir las partes principales de la célula.
Se diferencia de las simulaciones típicas porque puede describir los resultados de experimentos con organismos reales; muestra que el comportamiento de las microalgas depende de la tasa máxima de crecimiento posible del organismo , el tamaño del conjunto de metabolitos intermedios y la duración de la luz diaria.
En condiciones de días más cortos, las algas de crecimiento más rápido presentan una mayor actividad fotosintética y requieren depósitos de almacenamiento más grandes para sostener su crecimiento. Especies como las diatomeas pueden tener una ventaja, ya que naturalmente poseen más espacio de almacenamiento dentro de sus células, pero este beneficio puede verse contrarrestado por las exigencias de construir y mantener mecanismos de almacenamiento de carbono, así como por la posible fuga de metabolitos, que podría atraer a depredadores.
Estas compensaciones pueden explicar la biodiversidad: por qué algunas especies prosperan mejor en ciertas latitudes o estaciones, y por qué los cambios impulsados por el clima en la ubicación de las especies, que afectan la duración del día y la disponibilidad de luz, podrían ayudar a seleccionar qué algas planctónicas dominan en diferentes regiones.
El profesor Kevin Flynn afirma: «Al tener en cuenta tanto el acervo de metabolitos como la biomasa central, podemos comprender mejor cómo el plancton gestiona realmente los recursos a lo largo del ciclo diurno , es decir, el ciclo día-noche. Este avance en la modelización nos ayuda a comprender mejor no solo su crecimiento, sino también su ventaja competitiva en diferentes entornos , algo vital para predecir cómo la producción primaria sustenta las redes tróficas y los procesos biogeoquímicos en la mayor parte de nuestro planeta».
Referencia de noticias
Resource acquisition in diel cycles and the cost of growing quickly, PLOS Computational Biology, 2025. Flynn, K, J. & Yu Morozov, A.