Contribución de la ecología microbiana a la teoría macroecológica

Para dar respuesta a las preguntas: ¿Cómo puede contribuir la ecología microbiana a la teoría macroecológica? o ¿Cómo puede esta ayudar a cerrar la ficticia división entre los procesos microbianos y los macroecológicos? es indispensable realizar algunas definiciones y establecer los antecedentes de las dos grandes entradas a dichos cuestionamientos: “ecología microbiana” y “teoría macroecológica”, de este modo se podrá llegar a un mejor entendimiento sobre estas preguntas.

Así la “ecología microbiana”estudia la diversidad, distribución y abundancia de microorganismos, sus interacciones específicas y su impacto en los ecosistemas. Aunque tradicionalmente no se considera la disciplina central de la ecología, la ecología microbiana es importante porque los microorganismos constituyen gran parte de la diversidad genética y metabólica del planeta e impulsan la mayoría de los procesos ecosistémicos importantes que reciclan materia y energía. En el curso de la evolución, los microorganismos han ocupado casi todos los nichos ecológicos y mecanismos de producción de energía imaginables. Al mismo tiempo, los microorganismos participan en una amplia gama de interacciones ecológicas entre sí y con formas de vida superiores. El cultivo de laboratorio y las técnicas moleculares independientes del cultivo se utilizan comúnmente para identificar las especies microbianas, sus relaciones evolutivas y las variables ambientales que determinan la abundancia, la distribución y las actividades específicas. Aunque estos enfoques suelen ser complementarios, cada enfoque considera la ecología microbiana desde diferentes perspectivas. Los enfoques independientes de la cultura permiten la investigación in situ de las interacciones y dinámicas microbianas en comunidades naturales complejas. Los cultivos de laboratorio han dado lugar a una gran diversidad metabólica de microorganismos y, debido a su simplicidad y facilidad de manipulación, son invaluables para probar teorías ecológicas básicas sobre el crecimiento de microorganismos, la adaptación evolutiva y la competencia demográfica.

Y la idea de “macroecología” como un campo distinto de investigación ha existido durante más de dos décadas y fue concebida como una respuesta a la constatación de que los procesos locales a pequeña escala por sí solos no podían explicar completamente la abundancia y distribución de las especies. Tradicionalmente, la macroecología se ha centrado en los procesos que operan a gran escala (por ejemplo, el clima y la filogenética), ignorando en gran medida el potencial de los procesos a pequeña escala para generar una única señal consistente en los modelos macro. muchos conceptos importantes que sustentan tanto la teoría como la práctica de la investigación ecológica se han desarrollado sin abordar directamente los microorganismos que constituyen la mayor parte de la diversidad filogenética y funcional. Esta omisión puede ser consecuencia de las dificultades metodológicas que implica la observación de microorganismos en la naturaleza y producto de las muy diferentes historias que siguen las disciplinas de la microbiología. Mientras que la ecología vegetal y animal tradicionalmente se ha visto influenciada por perspectivas más teóricas y holística, la microbiología ambiental y la ecología microbiana a menudo se basan en enfoques prácticos que simplifican la experiencia. Con el aumento de la investigación sobre ecología microbiana y biogeografía, es importante comprender la dinámica ecológica de las comunidades de plantas y animales es fundamentalmente diferente de la los observados en las comunidades microbianas.
Con la llegada de los métodos basados en el ADN y el ARN, hace solo unos años que los ecólogos microbianos pudieron caracterizar la diversidad microbiana en una escala inimaginable.

Desafortunadamente, la velocidad a la que se recopila la información utilizando métodos moleculares supera con creces la velocidad a la que los científicos pueden analizar e interpretar completamente los datos en un contexto ecológico. En consecuencia, para comprender mejor las comunidades microbianas altamente diversas ubicadas en entornos complejos con procesos ecológicos y evolutivos que operan en múltiples escalas espaciales y temporales. La macroecología ha evolucionado claramente más allá de sus orígenes descriptivos y modelados y ahora se esfuerza por lograr una comprensión mecanicista clara de la ecología. Se identifican tres vías principales en el desarrollo de la macroecología: -cerrar la brecha conceptual entre datos y teoría; -mejorar la integración del trabajo de campo iterativo (es decir, detallado) a escala macro; -fortalecer y ampliar la cooperación entre reinos, biomas y taxones (incluidos los microorganismos para determinar hasta qué punto los patrones y procesos son realmente compartidos por la biodiversidad.

La ecología microbiana contribuye en la macroecología porque las comunidades microbianas son ideales para la investigación ya que los datos microbianos se recopilan esencialmente a escala macroecológica (espacio-tiempo). Las comunidades microbianas podrían expandir el número de especies e individuos incluidos en conjuntos macroecológicos de comunidades de plantas y animales en varios órdenes de magnitud. En segundo lugar, conjuntos de datos grandes y relativamente estandarizados que describen la composición filogenética y funcional de las comunidades microbianas de una amplia gama de hábitats se han puesto a disposición del público para ser explorados y analizados. Finalmente, los sistemas microbianos permiten pruebas experimentales de hipótesis macroecológicas que serían difíciles de probar con organismos más grandes.

Los microorganismos son los organismos más numerosos, diversos y funcionalmente importantes de la Tierra. Los ecologistas microbiológicos han creado el conjunto de datos comunitario más grande en la última década. Sin embargo, estos datos rara vez se utilizan para identificar patrones legítimos de escasez y prevalencia, para probar teorías de biodiversidad o para estudiar explicaciones estandarizadas de la estructura de una comunidad microbiana. Sin pretender exagerar, los microorganismos son tan cruciales como el aire que respiramos. Sin los microorganismos en el medio ambiente, la vida en la tierra podría no haber existido nunca, y desde luego no como la conocemos hoy. Los microorganismos son los responsables de los ciclos biogeoquímicos que permiten la vida sostenible en la Tierra. En el ciclo del carbono, la vida microbiana descompone los organismos muertos para liberar el carbono almacenado en sus cuerpos, devolviéndolo al suelo. Las bacterias microscópicas desempeñan un papel esencial en el ciclo del nitrógeno, transformando el nitrógeno en diversas formas a través de la fijación del nitrógeno, la nitrificación, la amonificación y la desnitrificación, de la creación de importantes relaciones simbióticas, del suministro de energía en ausencia de luz solar y de la digestión de los alimentos que consumimos.

La ecología microbiana es relevante en la macroecología porque permite identificar patrones y factores en la distribución, interacciones y agregación de comunidades microbianas. Se ha demostrado que la composición de la comunidad microbiana varía con la mayoría de los niveles ambientales, como la distancia geográfica, los nutrientes, la temperatura, la humedad, la salinidad, la disponibilidad de oxígeno, el pH y la duración del día. Las muestras más grandes son difíciles de rastrear debido a la necesidad del pequeño tamaño de los estudios individuales. Iniciativas como Earth Microbiome Project combinan la investigación regional, a menudo centrándose en un tipo de muestra ambiental, en un solo lugar para investigar la dinámica de la comunidad microbiana a escala regional y mundial. Las muestras microbianas ecológicas de diferentes entornos se asignan a metadatos que incluyen variables espaciales, temporales, fisicoquímicas y fisicoquímicas. Los primeros estudios analizaron la covarianza entre la diversidad microbiana medida por taxones activos (OTU) agrupados por secuencias de un solo gen (generalmente 16S rRNA) y la escuela de variables ambientales. Estos enfoques se han ampliado para utilizar la diversidad a nivel de linaje en todo el genoma y métodos de muestreo más detallados. Los resultados preliminares sugieren un patrón general de organización jerárquica, con comunidades menos prósperas dentro de comunidades más prósperas en un nivel más alto de clasificación.

Quiero traer un fragmento del libro “Es la microbiota idiota” (Dra Sari Arpoen) “el factor ambiental: el entorno es importante, no sólo por la alimentación y la contaminación. Lo que más ha cambiado en las últimas décadas en nuestras sociedades es la falta de exposición a la naturaleza, en general, y a otros animales en particular. Los niños que viven en comunidades amish tienen muchas menos alergias y asma que los niños que viven en comunidades agrícolas con prácticas de agricultura masificada e industrial. Convivir con gallinas, vacas, caballos, perros… y tener el polvo de casa lleno de bacterias de todos estos animales, influye de forma positiva en la microbiota de los niños desde que nacen. Tener contacto con la suciedad natural nos protege, vivir en ciudades y granjas industrializadas nos hace débiles. Por eso, tener hermanos o un perro también protege frente a alergias.
El estrés, la falta de actividad física y la falta de sueño son otros factores que pueden destrozar a tus bichitos amigos. O puesto en positivo: controlar el estrés de la vida moderna, ser activo físicamente y dormir al menos siete u ocho horas cada noche ayuda a que tu microbiota esté en condiciones saludables.
Algo tan ubicuo y consustancial a nuestra sociedad como la telefonía móvil, el wifi y los ordenadores puede tener un impacto negativo en la microbiota.
Se ha comprobado el tipo de frecuencias en las que funcionan estos dispositivos provoca que bacterias malas- como la Listeria o cepas patógenas de E.coli- proliferen con mayor facilidad y que incluso se hagan resistentes a antibióticos. En cambio, las mismas frecuencias tienen un impacto negativo en las bifidobacterias, nuestras amigas, que menguan con la edad y, por lo visto, con la proliferación de los móviles".

Todo lo anterior para concluir que la ecología microbiana, todas las interacciones y el conocimiento del comportamiento microbiológico hace parte de todos los procesos evolutivos y no pueden ser desagregados de los procesos macroecológicos.


Referencias