Las cuevas submarinas de Yucatán albergan diversas comunidades microbianas
DICYT Con la ayuda de un equipo experimentado de buceo en cuevas submarinas, investigadores de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) han construido el mapa más completo hasta la fecha de las comunidades microbianas que viven en los laberintos sumergidos debajo de la Península de Yucatán en México.
Aunque investigadores anteriores han recolectado agua y muestras microbianas de las entradas de las cuevas y de sumideros de fácil acceso, el equipo dirigido por Northwestern llegó a los pasadizos profundos y oscuros de aguas oscuras para comprender mejor qué puede sobrevivir dentro de este reino subterráneo único.
Después de analizar las muestras, los investigadores notaron un sistema rico en diversidad, organizado en distintos patrones. De manera similar al estereotipo del comedor de una escuela secundaria, las comunidades microbianas dentro del sistema de cuevas tienden a agruparse en camarillas bien definidas. Pero una familia de bacterias (Comamondaceae) actuó como una popular mariposa social: apareció en casi dos tercios de las “mesas de cafetería”. Los hallazgos sugieren que Comamonadaceae es el eje ecológico de la comunidad en general. La investigación se publicó en la revista Applied and Environmental Microbiology.
"Este es sin duda el estudio microbiano más amplio realizado en esta parte del mundo", dijo Magdalena R. Osburn de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Se trata de muestras increíblemente especiales de ríos subterráneos y especialmente difíciles de obtener. A partir de esas muestras pudimos secuenciar los genes de las poblaciones microbianas que viven en estos sitios. Este sistema fluvial subterráneo proporciona agua potable a millones de personas. Entonces, cualquier cosa que suceda con las comunidades microbianas allí tiene el potencial de ser sentida por los humanos”.
Osburn, experto en geobiología, es profesor asociado de ciencias terrestres y planetarias en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. El ex alumno de Northwestern, Matthew Selensky, dirigió este proyecto como parte de su disertación cuando era estudiante de posgrado en el laboratorio de Osburn. La coautora del estudio, Patricia Beddows, profesora de ciencias terrestres y planetarias en Weinberg, dirigió la expedición de buceo en cuevas y aprovechó sus décadas de experiencia trabajando en estas cuevas. Otros coautores de Northwestern incluyen a Andrew Jacobson, profesor de ciencias planetarias y de la Tierra, y a la ex estudiante de posgrado Karyn DeFranco, que se centró en la geoquímica.
Ubicado principalmente en el sureste de México, el extenso acuífero carbonatado de Yucatán está plagado de numerosos sumideros que conducen a una compleja red de cuevas submarinas, llamadas cenotes. La red submarina, que alberga un microbioma diverso pero poco estudiado, contiene áreas de agua dulce, agua de mar y mezclas de ambas. El sistema también incluye una variedad de zonas, desde pozos profundos y de tono negro sin aberturas directas a la superficie hasta sumideros menos profundos que brillan con la luz del sol.
"La plataforma de Yucatán es esencialmente un queso suizo de conductos de cuevas", dijo Osburn. "Teníamos curiosidad por saber qué microbios se encuentran juntos cuando analizamos todo el sistema y qué microbios se encuentran dentro de un 'vecindario'".
Para explorar esta cuestión, un equipo de buzos de cuevas recolectó 78 muestras de agua de 12 sitios individuales dentro del sistema de cuevas cerca de la costa caribeña en Quintana Roo, México. La recolección de muestras abarcó desde el sistema Xunaan Ha en el extremo norte hasta las partes interiores y costeras del sistema Sac Actun (incluido un pozo distintivo de 60 metros de profundidad) hasta el sistema Ox Bel Ha al sur.
De vuelta en una tienda de buceo convertida en laboratorio científico, los investigadores filtraron células de cada muestra y analizaron su química. Luego, de vuelta en Northwestern, identificaron comunidades microbianas mediante la secuenciación de su ADN. Luego, Selensky desarrolló un nuevo programa computacional para realizar análisis de red en el conjunto de datos. Las redes resultantes mostraron qué especies tienden a vivir juntas. Para cada sitio, los investigadores consideraron el contexto ambiental de cada comunidad microbiana, incluido el tipo de cueva (pozo o conducto), sistema de cuevas, distancia de la costa caribeña, geoquímica y posición en la columna de agua.
Aunque el agua del Golfo de México fluye hacia el acuífero de Yucatán, el microbioma del acuífero varía sustancialmente del mar cercano, encontraron los investigadores. Los microbiomas también varían en todo el sistema de cuevas: de cueva en cueva y de aguas poco profundas a aguas profundas.
"Las comunidades microbianas forman nichos distintos", dijo Osburn. “Hay un elenco variado de personajes que parecen moverse, dependiendo de dónde se mire. Pero cuando se analiza todo el conjunto de datos, hay un conjunto central de organismos que parecen desempeñar funciones clave en cada ecosistema”.
Osburn y su equipo descubrieron que las Comamondaceae, una familia de bacterias que se encuentran típicamente en los sistemas de aguas subterráneas, vivían en varios nichos. También descubrieron que un sumidero profundo, parecido a un pozo, con una abertura en la superficie (que permitía que la luz del sol entrara) albergaba la mayoría de las comunidades microbianas, segregadas en capas de distintos niveles en toda la columna de agua.
"Parece que Comamondaceae desempeña funciones ligeramente diferentes en diferentes partes del acuífero, pero siempre desempeña un papel importante", dijo Osburn. “Dependiendo de la región, tiene un socio diferente. Comamonadaceae y sus socios probablemente tengan algún metabolismo mutualista, tal vez compartiendo alimentos”.
El estudio, “Biogeografía microbiana del acuífero carbonatado del este de Yucatán”, contó con el apoyo de la Fundación David y Lucile Packard y el Instituto Canadiense para el Avance de la Investigación.