Bioinformática Investigación

Tara Oceans

Bioinformática y cambio climático en los océanos

Los datos obtenidos durante las expediciones Tara Oceans permiten medir la respuesta de la vida marina al cambio climático

  • Llúcia Ribot, 19 de Junio de 2019
  • 3 mins de lectura
Foto: Fitoplancton, Pixabay

Científicos de todo el mundo han explorado la diversidad, evolución y ecología del plancton marino a bordo de las expediciones científicas Tara Oceans, aplicando conocimientos de bioinformática para analizar la biodiversidad del océano global y comprender cómo le afectan los cambios en el clima de la Tierra.

Entre 2009 y 2013, un equipo internacional de científicos recogió miles de muestras en los océanos de todo el mundo a bordo de la goleta ‘Tara’, en las expediciones científicas ‘Tara Oceans, a global view’, y ‘Tara Oceans Polar Circle’. El objetivo del proyecto era “mejorar nuestra comprensión del plancton, cómo evoluciona, cómo se interconecta y se mueve constantemente de un océano a otro”, explica el biólogo Eric Karsenti del EMBL, director científico de ‘Tara Oceans’.  Para estudiar la biodiversidad del océano global y comprender cómo le afectan los cambios en el clima de la Tierra, los científicos de ‘Tara Oceans’ han realizado estudios de abordaje multidisciplinar, incluyendo la aplicación de conocimientos de bioinformática para analizar las muestras.

“¿Cómo son los microorganismos distribuidos en los océanos y cuál es su biodiversidad? ¿Y qué hay de los riesgos para el plancton, las bacterias y los virus? ¿Todos estos reinos están vinculados y dependen unos de otros? ¿En áreas localizadas o en todas partes? ¿Cuántos de ellos hay? ¿Qué influencia tienen los parámetros de temperatura, salinidad, acidez y físico-químicos en estas criaturas extrañas, y en qué regiones?”, son algunas de las preguntas que buscaban responder los científicos.

Para dar respuesta a todas estas cuestiones, ‘Tara Oceans’ convocó a un “ejército” de expertos especializados en genómica, biología, biogeoquímica, biogeografía, oceanografía, biofísica, genética y bioinformática, entre otros; para ser capaces de interpretar la ingente cantidad de datos recogidos en sus travesías. Convirtiéndose, de este modo, en una expedición “especial, revolucionaria”: un punto de encuentro entre disciplinas para estudiar el océano global.

Analizando datos biológicos

Con el objetivo de averiguar el máximo posible de los organismos que habitan el mar a partir de sus muestras, los científicos utilizaron las herramientas de la biología molecular para evaluar la diversidad de especies y de función ecológica. Entonces, para poder procesar, visualizar y analizar esta gran cantidad de datos, entró en juego la bioinformática: una área de investigación que aplica la informática y las tecnologías de la información en el procesamiento de datos del campo de la biología. A partir de sistemas de imagen avanzados, bioinformática y las últimas tecnologías de modelado físico, los investigadores respondieron a: ¿Qué tipos de plancton pueblan nuestros océanos? ¿Cómo interactúan entre sí y con su entorno? ¿Cómo van a reaccionar ante el cambio climático y cómo esto nos afecta?

‘Tara Oceans’ muestreó entre la superficie y los 900 metros de profundidad, generando una base de datos de 40 millones de genes.

‘Tara Oceans’ muestreó entre la superficie y los 900 metros de profundidad, generando una base de datos de 40 millones de genes (‘Ocean Microbial Reference Gene Catalog’). De acuerdo con el Instituto Europeo de Bioinformática (EMBL-EBI), recogió muestras de plancton marino que contenían virus, bacterias, arqueas, protistas y metazoos planctónicos que viven en la capa superficial de los océanos del mundo; descubriendo, entre otros hallazgos, 200.000 virus en el océano, 10 veces más de lo estimado.

A partir de métodos bioinformáticos, los científicos encontraron que “de una operación de muestreo a la siguiente, las bacterias tienen actividades metabólicas increíblemente diversas”, explica Karsenti. Y, en respuesta a ¿cómo interaccionan entre sí?, los científicos descubrieron que la mayoría de los organismos se ayudan mutuamente a prosperar: “el 80% de las interacciones entre los organismos del océano son positivas. Esto cambia la manera en que vemos la evolución. La colaboración también hace que la vida en la Tierra evolucione y sea más compleja”, apunta Karsenti.

Modelos computacionales

Con el objetivo de predecir cómo van a evolucionar los océanos, cómo se organizan y distribuyen geográficamente sus ecosistemas, es necesario llevar a cabo modelos de ecosistemas. “Estos modelos deberían ayudarnos a predecir cómo va a evolucionar la vida marina en respuesta a la variación del clima, el ciclo del carbono en ambos hemisferios y la regulación general del clima”, ya que la “distribución de los microorganismos está en parte determinada por el medio ambiente, la latitud y las corrientes”, según el director científico de la expedición.

“De los genes y bacterias analizados hasta la fecha, entre el 60 y el 80% de ellos eran previamente desconocidos para la ciencia”, dice Karsenti.

Aplicando estos modelos computacionales, los científicos  han observado que “el plancton fue colonizado por un gran número de virus y se adaptó al calentamiento: continuó produciendo su cuota equilibrada de oxígeno y CO2 y, por tanto, continuó desempeñando un papel en la reducción del efecto invernadero”, describe Karsenti. “Ahora tenemos una visión más detallada de su biodiversidad y su complejidad. De los genes y bacterias analizados hasta la fecha, entre el 60 y el 80% de ellos eran previamente desconocidos para la ciencia”, añade.

Esta información es, según los investigadores, de vital importancia ya que cualquier variación en la composición del plancton puede tener un impacto en el equilibrio de los gases del planeta. Por ello, el conocimiento de nuestros océanos es fundamental. No debemos olvidar que la mitad del oxígeno que respiramos lo generan los organismos marinos. Pero, también la mitad del CO2 de la atmósfera la absorben los océanos. Por ello, desde 2010, la goleta también recolecta microplásticos para estudiar la contaminación plástica que entra al océano desde el continente europeo.

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