Petits terrors de l’oceà

El plàncton es representa sovint com la base de la xarxa tròfica marina, però dins d’aquesta comunitat diversa s’amaga un món ocult: un món d’assassins eficients i silenciosos. Aquests petits organismes, que inclouen virus i paràsits, tan diversos com els seus homòlegs de vida lliure, tenen un paper crucial en la configuració de la salut de l’oceà i el seu impacte s’estén fins als fonaments mateixos de la nostra indústria de productes del mar: la pesca i l’aqüicultura. Els presentaré junts perquè la naturalesa de les seves interaccions amb altres organismes és similar.

Virus

Durant dècades, el bulliciós món submarí del plàncton es va entendre principalment a través de la lent dels bacteris i d’altres organismes de mida més gran. Tanmateix, un descobriment revolucionari a la segona meitat del segle XX ens va obligar a reimaginar aquest paisatge submarí. No va ser altre que el virioplàncton o virus planctònics, un món ocult de virus que silenciosament configurava la dinàmica i l’estructura dels ecosistemes aquàtics. Imagineu una sola gota d’aigua de l’oceà. Si bé pot semblar cristal·lina a simple vista, està plena de vida, incloent-hi una quantitat impressionant de deu vegades més virus que bacteris! D’uns 10.000 virus per mil·lilitre a uns al·lucinants 100 milions per mil·lilitre, o fins i tot més. Aquesta abundància fa entreveure el paper important, encara que sovint invisible, que tenen els virus en els ambients aquàtics.

Però la història no s’atura aquí. A diferència d’altres organismes planctònics d’abundància més estable, les poblacions de virioplàncton fluctuen dinàmicament. El seu nombre tendeix a augmentar durant períodes de gran activitat biològica, com és el cas de les proliferacions algals nocives. Curiosament, el virioplàncton pot fins i tot presentar fluctuacions significatives en espais de temps curts i pot canviar notablement en un lapse de 20 minuts. Aquesta naturalesa dinàmica posa de manifest la complexa interacció entre els factors ambientals, la disponibilitat d’organismes hostes perquè siguin infectats pels virus i els ràpids cicles de replicació d’aquestes entitats microscòpiques.

Figura 1. Representació del cicle lisogènic- Imatge generada amb IA per Albert Calbet

Els virus marins presenten diversos cicles de vida, cadascun dels quals influeix en la manera com interactuen amb els seus hostes i impacten en les comunitats circumdants. A continuació, es mostren alguns exemples destacats:

Cicle lític: aquest és el cicle més comú, en què el virus infecta una cèl·lula hoste, replica el seu material genètic dins d’ella i, a continuació, fa esclatar la cèl·lula (lisi) per alliberar noves partícules víriques, cosa que mata finalment l’hoste. Aquesta ràpida replicació i lisi pot provocar taxes de mortalitat significatives i ràpides en les poblacions hostes.

Cicle lisogènic: en aquest cicle (Fig. 1), el material genètic viral s’integra en el genoma de l’hoste i es converteix en un profag. El profag pot romandre latent durant generacions i replicar-se juntament amb la cèl·lula hoste. Tanmateix, sota determinades condicions ambientals, el profag es pot activar, canviant al cicle lític i lisant la cèl·lula hoste. Això permet que el virus persisteixi dins d’una població hoste durant períodes de baixa abundància.

Cicle pseudolisogènic: Aquest cicle és similar al cicle lisogènic, però en lloc d’integrar tot el seu genoma en l’hoste, el virus hi integra una porció més petita que li permet entrar en una mena d’estat d’espera quan les condicions són desfavorables. Durant aquest temps, no es replica ràpidament ni causa danys a la cèl·lula hoste. Quan les condicions milloren, pot tornar a cicles de replicació més actius. Aquesta relació a vegades pot ser beneficiosa tant per al bacteriòfag (virus que infecta bacteris, també anomenat fag) com per a l’hoste bacterià, en una mena de sistema de suport mutu.

Cicle crònic: Els bacteriòfags crònics, especialment els filamentosos, adopten un enfocament diferent. En lloc de causar danys immediats o quedar latents, estableixen una relació a llarg termini amb els bacteris hostes. Aquests fags broten de la membrana bacteriana de manera controlada, sense matar la cèl·lula hoste. Aquest tipus de relació és gairebé una associació. Els fags donen suport als bacteris ajudant-los a formar biofilms (que són comunitats de bacteris que s’enganxen) i transferint gens que poden fer que els bacteris siguin més nocius, com ara a través de la producció de toxines. A canvi, els bacteris proporcionen un entorn estable perquè els fags prosperin.

Més enllà de la seva gran quantitat i presència dinàmica, el virioplàncton té un paper crucial en el flux de matèria orgànica dins dels ecosistemes aquàtics. A través de la infecció i la posterior lisi de les cèl·lules hostes, els virus alliberen els nutrients i el carboni atrapats com a matèria orgànica dissolta. Aquest procés desvia una part important de carboni orgànic, que en cas contrari seria consumit directament per nivells tròfics superiors com el zooplàncton, cap a la reserva de matèria orgànica dissolta.

Quantificar la contribució exacta dels virus en aquest procés és un desafiament, però les estimacions suggereixen que contribueixen a la pèrdua diària del voltant del 20% dels bacteris heteròtrofs i del 3-5% de les cèl·lules fitoplànctoniques. Això es tradueix en un impacte substancial en el flux d’energia i el reciclatge de nutrients dins dels ecosistemes aquàtics. Tanmateix, la història del virioplàncton va més enllà del seu impacte en les taxes de mortalitat. Alguns investigadors creuen que poden tenir un paper més complex en la configuració de l’estructura mateixa de les comunitats microbianes. Aquesta teoria fascinant proposa que els virus podrien no infectar simplement tots els hostes disponibles per igual. En canvi, podrien actuar com a agents selectius, dirigint-se preferentment a soques dominants o de ràpid creixement de bacteris o fitoplàncton (hipòtesi de matar el guanyador). Així, podrien influir indirectament en la composició i diversitat d’aquestes comunitats, evitant possiblement que cap població individual esdevingui massa dominant i mantenint un ecosistema més equilibrat.

En conclusió, el descobriment del virioplàncton ha obert un nou capítol en la nostra comprensió del món aquàtic. Aquests petits assassins es reconeixen com a actors crucials en la configuració de la dinàmica i l’estructura de les comunitats microbianes. La seva influència s’estén més enllà de simples xifres, impactant en el flux de matèria orgànica, modelant potencialment la composició de la comunitat i influint en el reciclatge de nutrients. A mesura que ens endinsem en el món del virioplàncton, adquirim una millor apreciació de la naturalesa intrínseca i interconnectada de la vida dins dels nostres ecosistemes aquàtics, i del paper vital que tenen aquestes entitats que sovint passen per alt en el manteniment del delicat equilibri dels sistemes hídrics del nostre planeta.

Paràsits

Tot i que els paràsits planctònics ja van sortir en un post anterior ("Va de simbiosi i parasitisme"), la seva funció es prou important per tractar-los amb una mica més de detall. Els paràsits del plàncton presenten diverses formes (moltes vegades ben estranyes i diferents dels seus parents de vida lliure), des d’unicel·lulars fins a pluricel·lulars, i mostren una gamma notable d’estratègies depredadores. Prenguem com a exemple els copèpodes, un grup que es troba habitualment tant en formes de vida lliure com paràsites. Els infames polls de mar (Fig. 2) pertanyen a aquest grup, s’adhereixen al salmó i a altres espècies de peixos i s’alimenten de la pell i de la sang d’aquests hostes. Aquests copèpodes paràsits no només perjudiquen peixos individuals, sinó que també poden causar pèrdues econòmiques significatives en la indústria de l’aqüicultura. Només a Noruega, s’estima que les infestacions de polls de mar costen a la indústria de la salmonicultura centenars de milions d’euros anuals.

Figura 2. Copèpode paràsit de la família dels polls de mar - Foto: © Albert Calbet

Al seu torn, els copèpodes sovint són envaïts per dinoflagel·lats paràsits, com ara els Blastodinium, o fins i tot per altres crustacis (Fig. 3). Un altre exemple és el fong quitridi paràsit. Aquest depredador microscòpic s’obre pas entre les parets cel·lulars de les diatomees, una font d’aliment vital per a moltes larves de peixos i zooplàncton. En infectar i finalment matar aquestes diatomees, els quitridis paràsits poden afectar indirectament la supervivència i el creixement de les poblacions de peixos comercialment importants en la pesca.

Figura 3. Exemples de copèpodes infestats amb diferents paràsits - Fotos: © Albert Calbet

Els Parvilucifera, un gènere de dinoflagel·lats paràsits microscòpics, actuen com a assassins a l’oceà, dirigint-se específicament a altres dinoflagel·lats, alguns dels quals poden formar proliferacions d’algues nocives. Aquests depredadors diversos, que es troben a tot el món, tenen un cicle de vida complex que inclou estadis infecciosos de vida lliure, desenvolupament intracel·lular dins de l’hoste i alliberament de noves espores infeccioses. Les seves estratègies sofisticades inclouen el moviment ameboide per a la cerca d’amfitrions, la secreció d’enzims per a la penetració de la paret cel·lular i fins i tot la producció de toxines per manipular el comportament de l’amfitrió. Produeixen toxines específiques que poden alterar els patrons de natació i les respostes del seu hoste dinoflagel·lat, fent-lo més vulnerable a la depredació d’altres organismes. En controlar les poblacions dels seus hostes, incloses les espècies de fitoplàncton nocives, els Parvilucifera tenen un paper crucial en el manteniment d’un ecosistema marí equilibrat. El seu potencial per controlar les proliferacions d’algues nocives dona força pes a la recerca en curs sobre aquests fascinants microdepredadors.

Estudiar i comprendre el plàncton paràsit presenta un conjunt únic de desafiaments. La identificació d’aquests organismes microscòpics sovint requereix tècniques especialitzades, i desentranyar-ne els complexos cicles de vida, que sovint impliquen múltiples hostes, exigeix importants esforços de recerca. Tanmateix, noves tecnologies com l’anàlisi de l’ADN estan il·luminant aquest món ocult i permetent als investigadors descobrir noves espècies i comprendre els seus rols ecològics amb més precisió.

Implicacions per a un futur sostenible

Els coneixements obtinguts de l’estudi dels virus i del plàncton paràsit són crucials per informar sobre pràctiques sostenibles tant en la pesca com en l’aqüicultura. A mesura que comprenem com aquests petits depredadors influeixen en les poblacions de peixos i en l’ecosistema, podem desenvolupar estratègies per minimitzar-ne els impactes negatius alhora que fomentem els seus beneficis potencials. Això podria implicar l’aplicació de regulacions més estrictes sobre les pràctiques de l’aqüicultura per reduir la propagació dels polls de mar, o fins i tot explorar el potencial de fer servir determinat plàncton paràsit com a mètode de control biològic natural contra les proliferacions algals nocives.