Entre el fitoplancton que habita los océanos del mundo moderno, las diatomeas (Bacillariophyta) son un grupo especialmente relevante. Estos microorganismos unicelulares dominan muchas regiones costeras y oceánicas y desempeñan un importante papel trófico y biogeoquímico global. Por ejemplo, se estima que las diatomeas son responsables de hasta el 50% del carbono orgánico exportado al interior del océano.

Una característica distintiva de las diatomeas es que su protoplasma está confinado en una capa de sílice transparente, el frústula, constituida por dos válvulas ornamentadas con nanoporos de diferentes dimensiones y distribución geométrica que les otorgan propiedades ópticas únicas.

Las diatomeas se distribuyen con éxito por los mares y los océanos de todo el mundo. Este éxito se atribuye a su capacidad excepcional para adaptarse a entornos acuáticos altamente dinámicos utilizando mecanismos eficientes para responder a los cambios ambientales. Por ejemplo, pueden hacer frente a condiciones de luz muy variables, lo que sugiere que las diatomeas son capaces de percibir, responder y probablemente anticipar variaciones de luz.

Algunas especies de diatomeas ponen unos sensores de luz, llamados fitocromos, que permiten percibir la luz roja. Debido a la rápida atenuación de la luz roja en la columna de agua, la existencia de estos sensores ha sido un tema de discusión durante mucho tiempo. Las diatomeas, al igual que otros organismos fotosintéticos, absorben luz para realizar la fotosíntesis y, en este proceso, reemiten una pequeña parte en forma de luz roja. Se ha especulado que los fitocromos de las diatomeas no servirían para detectar la luz roja proveniente del sol (que está prácticamente ausente en los niveles subsuperficiales), sino para detectar la luz roja proveniente de la fluorescencia de las células vecinas.

En un estudio publicado recientemente en la revista científica Science Advances, un equipo de investigadores del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA, CSIC-UIB) y del Instituto Francés de Investigación Marina (IFREMER), puso a prueba esta idea monitoreando la orientación de una suspensión de diatomeas pennadas (que tienen forma elipsoidal) mientras sedimentaban verticalmente.

Los investigadores observaron que se producía un cambio en el comportamiento colectivo de las células cuando se exponían a la luz azul (que domina en los niveles subsuperficiales). Las células oscilaban ligeramente respecto a la posición vertical y lo hacían de forma sincronizada. Estas oscilaciones sincronizadas aparecían sólo unos pocos minutos después de exponer las células a la luz azul.

Descubrieron que las diatomeas usan la luz roja de la autofluorescencia (cuya señal está modulada por las propiedades ópticas y geométricas del frústula) para sincronizar sus oscilaciones. Demostraron, así, no sólo que las diatomeas pueden percibir la luz roja de las células vecinas, sino que además pueden usar esta señal para producir cambios en su comportamiento colectivo.

Colaboración institucional

Este estudio se ha realizado con la colaboración del proyecto ISblue (Interdisciplinary graduate school for the Blue Planet, ANR-17-EURE-0015) y ha sido cofinanciado con una ayuda del gobierno francés a través del programa Investissements d’Avenir y una ayuda del Consejo Regional de Bretaña (SAD program). También ha obtenido financiación de las ayudas CTM2017-83774-P, PID2019-104232GB-I00, PD/018/2020, e IED2019-000958-I del Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN), la Agencia Estatal de Investigación (AEI , el programa Margalida Comas, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER, UE) y el proyecto PRIMROSE (EAPA_182/2016) del programa Interreg Atlantic Area Programme.