Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda) y la Universidad de Yale (Estados Unidos) han desarrollado un proceso automatizado para cuantificar la abundancia de especies bacterianas y establecer patrones de convivencia y competición entre las que conviven en comunidad. Los resultados de su exhaustivo análisis, que aparecen publicados en la revista Science, indican la importancia del contexto comunitario para comprender los orígenes de la convivencia en sistemas complejos, independientemente de la relación entre dos especies bacterianas concretas.
Los microorganismos, entre los que se incluyen las bacterias, viven en comunidades ecológicas complejas formadas por múltiples especies que coexisten entre sí, y comprender los mecanismos que mantienen esta biodiversidad es una aspiración fundamental de la ecología. Además, estas comunidades desempeñan un papel cada vez más importante y prometedor en la biotecnología para, por ejemplo, producir biocombustibles, crear nuevos alimentos o ayudar a los cultivos a crecer mejor. Sin embargo, no todos los microorganismos coexisten entre sí, y sería de gran ayuda poder predecir qué bacterias sí lo hacen en comunidades complejas para mejorar su rendimiento industrial.
Hasta ahora, los estudios sobre la coexistencia microbiana se habían centrado en gran medida en el análisis aislado de parejas de especies, pero no está claro si esta coexistencia por parejas es necesaria para que esta se produzca en una comunidad múltiple.
Álvaro Sánchez, investigador en el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC (CNB-CSIC) y autor principal del trabajo, explica: “Se han formulado distintas hipótesis sobre la coexistencia de varias especies microbianas en una comunidad. Una de ellas sugería que cada par de especies debe coexistir también entre sí como un par aislado. Por ejemplo, A debe coexistir con B, B debe coexistir con C y C debe coexistir con A, si queremos que el trio A, B y C coexista de manera estable”.
Para el investigador del CSIC, esta hipótesis, que ha ido ganando terreno en los últimos años, “es muy atractiva porque, si fuera aplicable en general, ofrece una forma sencilla y práctica de predecir la coexistencia en comunidades microbianas complejas. En el otro extremo, se ha propuesto también que múltiples especies pueden coexistir mediante un mecanismo equivalente al juego de piedra, papel, o tijera, en el que A excluye a B, B excluye a C, y C excluye a A”. “Bajo ciertas condiciones, las matemáticas nos dicen que este mecanismo permitiría coexistir a las tres especies, incluso aunque ninguno de los pares que podríamos formar coexistan entre sí”, subraya.
Tres no es multitud
Para probar la coexistencia a pares, los autores decidieron analizar doce comunidades microbianas diferentes, que contenían entre 3 y 10 especies coexistiendo. A continuación, realizaron los experimentos de competición entre todas las parejas posibles de microorganismos y descubrieron que, “contrariamente a la primera hipótesis, la mayoría de las parejas no lograban coexistir”, detalla Djordje Bajic, investigador en la Universidad Tecnológica de Delft.
“En nuestro análisis de la coexistencia de numerosos pares de especies, hemos descubierto que la exclusión competitiva era el resultado más habitual, y que la mayoría de especies que coexisten en una comunidad estable no pueden hacerlo en parejas aisladas”, añade.
En otras palabras, la regla simple para predecir la coexistencia no siempre funciona, lo que indica que, cuando se trata de coexistir, el todo es a menudo más que la suma de las partes. Los científicos observaron que, aunque la mayoría de las especies no sobreviven ellas solas en competición con las especies más dominantes de su comunidad, la presencia de los demás miembros de la comunidad facilita su supervivencia y evita su extinción.
Estos resultados sugieren que la coexistencia multiespecífica es un fenómeno que emerge de la combinación de todas las especies presentes en el hábitat. “A pesar de ello, nuestros experimentos también descartan el mecanismo de piedra, papel o tijera. La exclusión competitiva es altamente jerárquica y las especies más abundantes tienden a ser también las más competitivas cuando las cultivamos a pares”, destaca Sánchez.
El trabajo subraya que este problema aún no está resuelto y pone de relieve la necesidad de crear nuevas herramientas de predicción y sistemas experimentales que permitan probar rápidamente nuevas hipótesis alternativas, lo que posibilitaría, según los investigadores, un diálogo más sólido entre teoría y experimentación.
CNB-CSIC Comunicación
Imagen: Una de las placas de cultivo analizadas por los investigadores. El proceso de automatización de la toma de imágenes permite cuantificar la abundancia relativa de especies y clasificar las colonias individuales. / Álvaro Sánchez / CNB-CSIC.
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