Les diatomees es comuniquen mitjançant llum vermella per sincronitzar-se

Un estudi de l'IMEDEA (CSIC-UIB) demostra que aquests microorganismes clau per als processos biogeoquímics dels oceans usen senyals fluorescents per coordinar el seu comportament col·lectiu 

Entre el fitoplàncton que habita els oceans del món modern, les diatomees (Bacillariophyta) són un grup especialment rellevant. Aquests microorganismes unicel·lulars dominen moltes regions costaneres i oceàniques i exerceixen un important paper tròfic i biogeoquímic global. Per exemple, s'estima que les diatomees són responsables de fins al 50 per cent del carboni orgànic exportat a l'interior de l'oceà.

Una característica distintiva de les diatomees és que el seu protoplasma està confinat en una capa de sílice transparent, el frústul, constituïda per dues vàlvules ornamentades amb nanoporus de diferents dimensions i distribució geomètrica que els atorguen propietats òptiques úniques.

Les diatomees es distribueixen amb èxit per les mars i els oceans de tot el món. Aquest èxit s'atribueix a la seva capacitat excepcional per adaptar-se a entorns aquàtics altament dinàmics fent servir mecanismes eficients per respondre als canvis ambientals. Per exemple, poden fer front a condicions de llum molt variables, la qual cosa suggereix que les diatomees són capaces de percebre, respondre i, probablement, anticipar variacions de llum.

Algunes espècies de diatomees posen uns sensors de llum, anomenats fitocroms, que permeten percebre la llum vermella. A causa de la ràpida atenuació de la llum vermella en la columna d'aigua, l'existència d'aquests sensors ha estat un tema de discussió durant molt de temps. Les diatomees, igual que altres organismes fotosintètics, absorbeixen llum per fer la fotosíntesi i, en aquest procés, en reemeten una petita part en forma de llum vermella. S'ha especulat que els fitocroms de les diatomees no servirien per detectar la llum vermella provinent del sol (que és pràcticament absent en els nivells subsuperficials), sinó per detectar la llum vermella provinent de la fluorescència de les cèl·lules veïnes. 

En un estudi publicat recentment a la revista científica Science Advances, un equip d'investigadors de l'Institut Mediterrani d'Estudis Avançats (IMEDEA, CSIC-UIB) i de l'Institut Francès de Recerca Marina (IFREMER), va posar a prova aquesta idea monitorant l'orientació d'una suspensió de diatomees pennades (que tenen forma el·lipsoidal) mentre sedimentaven verticalment.

Els investigadors observaren que es produïa un canvi en el comportament col·lectiu de les cèl·lules quan s'exposaven a la llum blava (que és dominant en els nivells subsuperficials). Les cèl·lules oscil·laven lleugerament respecte de la posició vertical i ho feien de manera sincronitzada. Aquestes oscil·lacions sincronitzades apareixien només uns pocs minuts després d'exposar les cèl·lules a la llum blava. Descobriren que les diatomees usen la llum vermella de l'autofluorescència (el senyal de la qual està modulada per les propietats òptiques i geomètriques del frústul) per sincronitzar les seves oscil·lacions. Demostraren, així, no sols que les diatomees poden percebre la llum vermella de les cèl·lules veïnes, sinó que, a més, poden usar aquest senyal per produir canvis en el seu comportament col·lectiu.

Col·laboració institucional

Aquest estudi s'ha realitzat amb la col·laboració del projecte ISblue (Interdisciplinary graduate school for the Blue Planet, ANR-17-EURE-0015) i ha estat cofinançat amb una ajuda del govern francès a través del programa Investissements d’Avenir i una ajuda del Consell Regional de la Bretanya (SAD program). També ha obtingut finançament de les ajudes CTM2017-83774-P, PID2019-104232GB-I00, PD/018/2020, i IED2019-000958-I del Ministeri de Ciència i Innovació (MICINN), l'Agència Estatal de Recerca (AEI), el programa Margalida Comas, el Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER, UE) i el projecte PRIMROSE (EAPA_182/2016) del programa Interreg Atlantic Area Programme.

Referència bibliogràfica

Joan S. Font Muñoz, Marc Sourisseau, Amanda Cohen Sánchez, Idan Tuval, Gotzon Basterretxea (2021). Pelagic diatoms communicate through synchronized beacon natural fluorescence signaling. Science Advances, 7, 51. http://doi.org/10.1126/sciadv.abj5230

Data de publicació: 20/12/2021