Los Campos Flégreos, situados en Italia, son un hervidero de actividad volcánica, con un paisaje cambiante salpicado de manantiales termales ácidos. Esta extensa caldera forma parte del arco volcánico campano, que incluye al famoso Monte Vesubio, cuyo cataclismo en el año 79 d.C. sepultó la ciudad romana de Pompeya. Sin embargo, a pesar de las condiciones hostiles y abrasadoras de este entorno, ciertos microorganismos prosperan en él.
Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) están prestando atención a este fenómeno, con la esperanza de desentrañar información crucial sobre cómo una alga particular sobrevive en tales condiciones extremas. En un estudio publicado en la revista Plant Physiology, el equipo de investigación del Laboratorio de Investigación de Plantas de MSU y el laboratorio de Walker—en colaboración con el laboratorio de Shachar-Hill del Departamento de Biología Vegetal—se centra en Cyanidioschyzon merolae, conocida como C. merolae, y su notable capacidad para fotosintetizar su propio alimento. Comprender cómo opera C. merolae en condiciones tan extremas podría ayudar a los científicos a mejorar el proceso de fotosíntesis, una función vital para toda forma de vida en la Tierra.
El mecanismo de concentración de carbono en C. merolae
La ciencia solo ha abordado un pequeño segmento de cómo la naturaleza ha enfrentado desafíos similares, pero de maneras diferentes. Según Berkley Walker, investigador principal de este estudio, «el artículo hace un excelente trabajo al determinar que la forma en que comúnmente se ve algo no es necesariamente la única manera de hacerlo». Este estudio examina el mecanismo de concentración de carbono (CCM) en C. merolae. Muchos organismos fotosintéticos utilizan un CCM para aumentar la eficiencia de la fotosíntesis, actuando como un conductor que transporta el dióxido de carbono al lugar donde puede ser mejor utilizado.
Si bien el CCM está bien comprendido en plantas, su caracterización es limitada entre las especies de algas. Anne Steensma, estudiante de posgrado en el Departamento de Biología Vegetal y coautora principal del estudio, señala que «C. merolae es un organismo muy simple, por lo que no posee todas las estructuras y habilidades que normalmente se asocian con el funcionamiento de un mecanismo de concentración de carbono». El trabajo de los investigadores se centra en identificar las características básicas necesarias para construir un CCM.
El equipo, junto con colaboradores del Departamento de Estadística y Probabilidad de MSU, desarrolló modelos matemáticos para simular el comportamiento de C. merolae. Este proceso requirió un esfuerzo considerable para refinar el modelo, permitiendo que los investigadores continúen utilizándolo en futuros estudios. «Un gran desafío en este estudio fue entender cómo interactuaban los diferentes parámetros que estábamos introduciendo en nuestro modelo», explica Joshua Kaste, coautor del artículo. Esta colaboración resultó ser esencial para el éxito del estudio.
El modelo creado permite a los investigadores introducir nuevas condiciones para observar cómo podría responder el alga. Por ejemplo, pueden eliminar partes del modelo y evaluar si esto interrumpe la función del CCM, lo que les ayudará a identificar qué componentes son vitales para su funcionamiento. «Esto nos muestra el ‘camino mínimo a seguir’ para la ingeniería de un mecanismo de concentración de carbono», concluye Walker, quien también es profesor asociado en el PRL y el Departamento de Biología Vegetal. «Otra forma de verlo es que podemos mejorar este sistema simple de concentración de carbono en C. merolae y lograr un crecimiento aún mayor en los ambientes extremos en los que vive».
Más información: Anne K Steensma et al, Modeling with uncertainty quantification reveals the essentials of a non-canonical algal carbon-concentrating mechanism, Plant Physiology (2024). DOI: 10.1093/plphys/kiae629
Proporcionado por la Universidad Estatal de Michigan
