¿Cómo lograron los animales pasar de vivir en los océanos a colonizar la tierra firme? ¿Pudieron los microorganismos ayudarles a adaptarse a un entorno completamente distinto? Un estudio del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) aporta nuevas pistas para explorar estas preguntas al analizar el microbioma de la piel de tres especies de peces con distintos grados de adaptación a la vida terrestre.
La investigación, publicada en FEMS Microbiology Letters, revela que las comunidades bacterianas que viven sobre la piel de estos peces presentan diferencias relacionadas con el hábitat que ocupa cada especie. El patrón resulta especialmente llamativo porque, mientras las comunidades microbianas de las rocas donde viven los animales son bastante similares entre sí, los microbiomas cutáneos divergen a medida que aumenta la adaptación de los peces a la vida fuera del agua.
Los resultados sugieren que estas comunidades microbianas podrían estar relacionadas con las adaptaciones ecológicas y fisiológicas necesarias para vivir en ambientes terrestres. No obstante, todavía es necesario realizar nuevos experimentos para determinar si existe una relación beneficiosa entre las bacterias y los peces.
El microbioma de los peces revela diferencias según su hábitat
Para investigar esta posible relación, el equipo científico analizó tres especies evolutivamente próximas de la familia de los blénidos que conviven en una misma playa de Guam, en el archipiélago de las islas Marianas, en el océano Pacífico.
Aunque comparten el entorno, estos peces presentan formas de vida diferentes. Esa característica permite estudiar cómo varían sus comunidades bacterianas a lo largo de un gradiente que va desde el medio acuático hasta las zonas costeras expuestas al aire.
La primera especie, Blenniella caudolineta, conocida como blénido de puntos azulados, es completamente acuática y permanece bajo el agua. La segunda, Praealticus labrovitattus, o saltarín de las rocas de labios crenulados, tiene un modo de vida anfibio: prefiere las charcas intermareales, situadas entre los niveles de marea alta y baja, aunque en ocasiones sale del agua.
La tercera especie, Alticus arnoldorum, conocida como blenia saltarina del Pacífico, presenta una adaptación todavía más acusada al medio terrestre. Durante casi toda su vida adulta vive sobre las rocas costeras, por encima del nivel del agua.
Esta comparación permite observar si el microbioma cutáneo de los peces cambia de forma paralela a su relación con el medio terrestre.
Las bacterias de la piel no son iguales en los tres peces
Para caracterizar las comunidades microbianas, los investigadores emplearon técnicas de secuenciación genética masiva de marcadores bacterianos. Al comparar las secuencias obtenidas con bases de datos de referencia, pudieron estimar la composición de las comunidades bacterianas presentes en la piel de cada especie, así como en las rocas que habitan y en el agua marina circundante.
Los resultados mostraron un patrón inesperado. Mientras las comunidades microbianas de las rocas eran bastante parecidas entre sí, las bacterias asociadas a la piel de los peces variaban según la especie y su modo de vida.
«Nuestros resultados indican que mientras las comunidades microbianas que hay sobre las rocas donde viven las tres especies son bastante parecidas entre sí, el microbioma difiere entre las especies de pez. Para ser más exactos, el microbioma cutáneo del pez acuático es muy similar al de las rocas sobre las que vive; el microbioma del pez anfibio diverge notablemente del de las rocas; y la divergencia más pronunciada ocurre en el saltarín de las rocas del Pacífico, la especie de blénido terrestre», explica Iker Irisarri, investigador del MNCN-CSIC.
La comparación apunta a que el entorno no determina por sí solo qué bacterias aparecen en la superficie de estos animales. Las características de cada pez y las condiciones a las que se enfrenta en su hábitat podrían influir también en la composición de su microbioma.
Las cianobacterias podrían ayudar a los peces a vivir fuera del agua
Uno de los resultados más sorprendentes fue la mayor presencia de cianobacterias en la piel del blénido adaptado a la vida terrestre. Estos microorganismos son capaces de realizar la fotosíntesis: utilizan la energía de la luz solar para producir materia orgánica y, en el proceso, liberan oxígeno.
El hallazgo abre nuevas preguntas sobre la posible relación entre las bacterias y sus hospedadores. ¿Podrían estos microorganismos proporcionar alguna ventaja a los peces que pasan buena parte de su vida sobre las rocas, expuestos al aire y a la radiación solar?
«Uno de los resultados inesperados fue encontrar una mayor prevalencia de bacterias fotosintéticas (cianobacterias) en la piel del saltarín de las rocas terrestre. Creemos que las cianobacterias, que al igual que las plantas utilizan la luz solar para generar su propio alimento y de paso liberan oxígeno a la atmósfera, podrían estar beneficiando al saltarín. Es posible que el oxígeno liberado por las cianobacterias le ayude en la respiración cutánea o que éstas generen ciertos compuestos que protejan al pez del sol, aunque de momento son solo especulaciones que necesitan ser testadas», continúa Irisarri.
Estas posibles ventajas todavía no están demostradas. La mayor abundancia de cianobacterias constituye una observación que permite formular hipótesis, pero no prueba que estos microorganismos mejoren la respiración cutánea de los peces ni que los protejan de la radiación solar.
Comprobarlo requerirá investigaciones específicas que permitan determinar qué funciones desempeñan las bacterias y si su presencia tiene efectos beneficiosos sobre los animales.
¿Pudieron los microorganismos contribuir a la conquista de la tierra?
El estudio plantea que las presiones selectivas propias de cada hábitat podrían estar contribuyendo a configurar los microbiomas cutáneos de los peces a lo largo del gradiente intermareal. Las condiciones ambientales cambian entre las charcas y las rocas expuestas al aire, lo que podría favorecer distintas comunidades bacterianas.
Este patrón resulta relevante para comprender la evolución de la vida terrestre. La transición del agua a la tierra exigió a los organismos afrontar nuevas condiciones ambientales y desarrollar adaptaciones ecológicas y fisiológicas. Si determinadas comunidades microbianas favorecieron algunas de esas adaptaciones, podrían haber desempeñado un papel hasta ahora poco conocido en ese proceso.
Sin embargo, el trabajo no demuestra que las bacterias facilitaran históricamente la colonización terrestre de los animales. La investigación se centra en peces actuales que ocupan distintos hábitats y permite identificar asociaciones que pueden orientar futuros estudios evolutivos.
«La hipótesis que manejamos es que las comunidades microbianas pudieron ser muy relevantes en el salto evolutivo que supone pasar del medio acuático al terrestre, pero es necesario continuar experimentando y recabando datos genómicos para determinar si realmente existe una relación simbiótica beneficiosa entre bacterias y peces que les haya permitido adaptarse mejor al medio terrestre», concluye Irisarri.
Los próximos pasos deberán aclarar si las diferencias observadas en el microbioma son una consecuencia de los distintos modos de vida de estos peces o si algunas bacterias contribuyen activamente a su adaptación. Resolver esa cuestión permitirá entender mejor cómo interactúan los animales y sus microorganismos y hasta qué punto estas relaciones pueden influir en la evolución de nuevas formas de vida.
