Las esponjas de los arrecifes de coral, menos llamativas que sus vecinos coralinos pero importantes para la salud general de los arrecifes, se encuentran entre los primeros animales del planeta. Una nueva investigación de la UNH analiza los ecosistemas de arrecifes de coral con un nuevo enfoque para comprender la compleja evolución de las esponjas y los microbios que viven en simbiosis con ellas. Con esta «máquina del tiempo genómica», los investigadores pueden predecir aspectos de los ecosistemas de arrecifes y océanos a lo largo de cientos de millones de años de cambios evolutivos dramáticos.

“Este estudio muestra cómo evolucionaron los microbiomas en un grupo de organismos que tienen más de 700 millones de años”, dice Sabrina Pankey, investigadora postdoctoral de la UNH y autora principal del estudio, publicado recientemente en la revista Naturaleza Ecología y Evolución. “Las esponjas están aumentando en abundancia en los arrecifes en respuesta al cambio climático y juegan un papel muy importante en la calidad del agua y la fijación de nutrientes”.

Sin embargo, el significado del trabajo trasciende a las esponjas, proporcionando un nuevo enfoque para comprender el pasado basado en la genómica. «Si podemos reconstruir la historia evolutiva de comunidades microbianas complejas como esta, podemos decir mucho sobre el pasado de la Tierra», dice el coautor del estudio David Plachetzki, profesor asociado de ciencias moleculares, celulares y biomédicas en la UNH. «Investigaciones como esta podrían revelar aspectos de la composición química de los océanos de la Tierra antes de que existieran los arrecifes de coral modernos, o podrían proporcionar información sobre la agitación que experimentaron los ecosistemas marinos después de la mayor extinción de la historia que ocurrió hace unos 252 millones de años».

Los investigadores caracterizaron casi 100 especies de esponjas de todo el Caribe utilizando un método de aprendizaje automático para modelar la identidad y abundancia de cada miembro de los microbiomas únicos de las esponjas, la comunidad de microbios y bacterias que viven dentro de ellos en simbiosis. Encontraron dos composiciones de microbioma distintas que llevaron a diferentes estrategias utilizadas por las esponjas para alimentarse (las esponjas capturan nutrientes al bombear agua a través de sus cuerpos) y se protegen de los depredadores, incluso entre las especies que crecieron una al lado de la otra en un arrecife.

“Los tipos de comunidades simbióticas que describimos en este artículo son muy complejos, pero podemos demostrar que evolucionaron de forma independiente varias veces”, dice Plachetzki.

Y, agrega Pankey, «hay algo muy específico acerca de lo que están haciendo estas comunidades microbianas… las esponjas docenas de veces han decidido que esta diversa variedad de microbios les funciona».

Aprovechando este nuevo enfoque genómico, los investigadores descubrieron que el origen de uno de estos microbiomas distintos, que tenía una alta abundancia microbiana (HMA) de más de mil millones de microbios por gramo de tejido, ocurrió en un momento en que los océanos de la Tierra pasaban por un cambio significativo en la biogeoquímica que coincide con los orígenes de los arrecifes de coral modernos.

Si bien el aprendizaje automático y la secuenciación genómica generaron lo que Plachetzki llama “un tour de force de la secuenciación de códigos de barras microbianos”, esa investigación comenzó lejos del laboratorio, en las cálidas aguas del Caribe.

“Nos sumergimos en las 1400 de estas muestras”, dice Pankey, quien participó en cinco expediciones en 2017 y 2018 para recolectar esponjas. “Fue una colección monstruosa”, agrega, reconociendo que el buceo en el Caribe tiene sus recompensas. La pareja le da crédito al coautor Michael Lesser, profesor emérito de investigación en la UNH, por establecer técnicas de trabajo de campo, y a sus coautores de la Universidad de Mississippi y la Universidad Nacional del Comahue, Argentina, por ayudar con la recolección de esponjas y la identificación molecular. El ex estudiante de posgrado Keir Macartney también contribuyó al estudio.