Los microbios pueden alterar un ambiente antes de desaparecer

Cualquier especie que se introduzca a un nuevo entorno en el cual existan pocos depredadores naturales, puede propagarse y transformar ese hábitat y sus poblaciones existentes.

Un escenario parecido, pero más complejo, se presenta cuando llega un organismo invasor, transforma el ecosistema y luego se extingue.

Los físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos,  han llevado a cabo un estudio en el que se demuestra cómo este tipo de invasión transitoria puede ocurrir en poblaciones bacterianas, provocando un cambio de un estado de comunidad estable a otro, mientras que el organismo responsable de estos cambios finalmente desaparece.

“Estos resultados destacan una posible forma en la que, incluso si una especie no sobrevive a largo plazo, podría tener efectos a largo plazo en la comunidad», dijo Jeff Gore, profesor asociado de física del MIT y autor principal del estudio.

Los resultados del estudio también pueden ayudar a explicar la manera en la que los invasores transitorios afectan los ecosistemas del mundo real, como las bacterias que alteran el microbioma intestinal humano antes de pasar por el tracto digestivo, o los renos cuyo pastoreo deforesta una isla tan a fondo que la población ya no puede sobrevivir allí.

Poblaciones estables

Originalmente, la investigación estaba dirigida a explorar los factores que pueden conducir a los ecosistemas a cambiar entre dos estados estables. Muchos ecosistemas pueden existir en estados estables alternativos, pero uno puede ser más «adecuado» que el otro, como por ejemplo un lago que puede ser sano o eutrófico, aun cuando ambos están cubiertos en exceso de algas.

«Los mecanismos que impulsan estas transiciones, y si podemos controlarlas, no están muy claras», dice Daniel Amor, autor principal del artículo.

El laboratorio del profesor Jeff Gore estudia los principios que conducen este tipo de cambios ecológicos complejos mediante la creación de versiones simplificadas que pueden analizarse en un laboratorio.

En esta oportunidad, los científicos estudiaron dos poblaciones, Corynebacterium ammoniagenes y Lactobacillus plantarum, especies bacterianas que inhiben el crecimiento mutuo al cambiar el pH del medio de crecimiento en su entorno. Esta inhibición mutua conduce a dos estados alternativos de la comunidad en los que domina una u otra especie.

Durante el estudio, los investigadores dieron tiempo a que las poblaciones bacterianas alcanzaran naturalmente una fase estable en la que una especie dominaba la comunidad en general. Una vez que las poblaciones se encontraban estabilizadas, los investigadores introdujeron un invasor y evaluaron cómo afectaba el estado de estas poblaciones.

De un total de seis especies invasoras que estudiaron los investigadores, tres realizaron una adquisición que cambió la dinámica general de la población del ecosistema, pero luego se extinguieron. Este fenómeno se produjo a través de cambios en la acidez del medio ambiente, encontraron los investigadores.

En su fase estable original, Lactobacillus plantarum hace que el ambiente sea ácido, lo que mantiene el crecimiento de C. ammoniagenes bajo control. Los invasores que prosperan en un ambiente ácido crecen rápidamente una vez que se introducen.

Sin embargo, para algunos de estos invasores, su rápido crecimiento produce subproductos metabólicos que elevan el pH, lo que hace que el ambiente sea menos hospitalario para ellos y para L. plantarum. Como resultado, C. ammoniagenes se hace cargo, y el invasor desaparece.

Luego, los investigadores exploraron si este fenómeno se podía ver en poblaciones de bacterias que ocurren naturalmente. Tomaron muestras de suelo y cultivaron las especies bacterianas que encontraron, lo que permitió a estas comunidades alcanzar una variedad de estados estables alternativos en el nuevo entorno del laboratorio.

Después de introducir los mismos invasores que usaron en los experimentos anteriores, observaron patrones similares de rápido crecimiento y luego desaparición del invasor, junto con un cambio en la composición de la comunidad original.

«Esto sugiere que no fue un efecto raro que solo observamos en experimentos guiados por hipótesis, sino también en entornos naturales», dice Amor.

Extinción rápida

Aunque parezca absurdo que una especie cree condiciones que lleven a su propia desaparición, esto sucede a menudo en la naturaleza, aseguran los investigadores.

En un artículo publicado en 2018, el profesor Gore junto a dos colegas describieron varias especies de bacterias que esencialmente cometen «suicidio ecológico» al crecer tan rápido que el ambiente local se contamina demasiado con sus propios desechos ácidos, lo que dificulta su supervivencia.

Esto se debe, en parte, a que las mutaciones genéticas que permiten que un individuo crezca más rápido pueden propagarse rápidamente a través de la población, incluso si daña el medio ambiente.

«Hay muchas especies que modificarían el medio ambiente de tal manera que podría conducir a una rápida extinción de la población.Podría ser el caso de que en algunas situaciones, la estrategia de crecer lentamente y no contaminar el medio ambiente no sea evolutivamente estable frente a un mutante que simplemente se aprovecha del medio ambiente mientras es bueno, crece rápidamente y conduce a una gran producción de toxinas «El problema es que si bien es racional a corto plazo que cada individuo haga eso, conduce a un resultado subóptimo para la población», dice Gore.

Gore espera que los hallazgos de este estudio alienten a los científicos que estudian ecosistemas más complicados, como los lagos o el microbioma intestinal humano, a buscar este tipo de invasiones transitorias y sus efectos posteriores.

La naturaleza de estos sistemas complejos es que pueden ser un poco abrumadores. «No sabes cuáles son las cosas que incluso deberías buscar en los datos o qué tipo de experimentos deberías hacer. Nuestra esperanza es que parte de nuestro trabajo pueda motivar a otras personas a buscar este tipo de fenómeno en su sistemas», puntualizó el experto.