Ríos y arroyos actúan como salvavidas vitales, tejiendo a través de paisajes diversos, desde cabeceras aisladas hasta vastos océanos.
Estas vías navegables desempeñan un papel esencial en la salud humana y ambiental, la agricultura y la producción de energía, proporcionando dos tercios del agua potable de los Estados Unidos.
Sin embargo, en comparación con cuerpos de agua más grandes como océanos y lagos, la microbiología de los ríos ha permanecido en gran medida subexplorada.
Un equipo de científicos liderado por la Universidad Estatal de Colorado (CSU) ha cambiado eso. Por primera vez, han catalogado los microorganismos presentes en los ríos que abarcan el 90% de las cuencas hidrogarras en los Estados Unidos continentales, detallando sus roles y funciones.
Los hallazgos, publicados en la revista Nature, destacan cómo los microbios de los ríos influyen en el flujo de nutrientes, la calidad del agua, e incluso la salud ambiental, abriendo una nueva frontera en la investigación de microbioma.
El papel esencial de los microbios fluviales
El estudio subraya el papel crítico de los microbios en el mantenimiento de la salud de los ríos. Según la investigación, estos microorganismos actúan como orquestadores de los flujos de nutrientes y energía, desempeñando un papel importante en la determinación de la calidad del agua en las condiciones actuales y futuras.
El estudio también reveló cómo los microbios de los ríos interactúan con contaminantes como antibióticos, fertilizantes, microplásticos y subproductos de desinfección.
En particular, los microbios de los ríos pueden degradar los microplásticos en compuestos de carbono más pequeños. Sin embargo, cerca de las plantas de tratamiento de aguas residuales, exhiban altos niveles de genes de resistencia a los antibióticos, señalando los impactos humanos en estos ecosistemas.
La gente solía pensar en los ríos casi como tuberías, una manera de mover el agua de un lugar a otro, dijo la profesora de investigación de la CSU Mikay Borton, autora principal del estudio.
Pero los ríos son mucho más que eso, ellos están realizando todo tipo de actividades. Y hay un patrón para ello; esas actividades se pueden predecir. Ahora, sabemos lo que los microbios están realizando algunas de esas actividades.
Ríos como sistemas integrados
La investigación también presta un nuevo apoyo al River Continuum Concept, una teoría de décadas que ve los ríos como sistemas integrados donde los cambios aguas arriba afectan directamente a los ecosistemas aguas abajo.
Por ejemplo, la salud de una población de peces en un momento de un río depende de lo que ocurra aguas arriba. Los investigadores encontraron que esta interconexión también se aplica a los microorganismos.
Una de las ideas clave del periódico fue que esto ató de nuevo a la teoría del río cómo los ríos cambian de pequeños arroyos a ríos realmente grandes. Este trabajo se alinea bastante bien con estas viejas teorías, dijo el coautor Matt Ross, profesor asociado de la CSU.
Cartando microbiomas de río a través de EE.UU.
Para catalogar microorganismos fluviales, los investigadores analizaron más de 2.000 genomas microbianos de unos 100 ríos en toda América del Norte.
El proyecto se basó en gran medida en la participación de la comunidad, con voluntarios locales recolectando muestras de agua a través de un programa dirigido por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL). Estas muestras fueron analizadas para obtener contenido microbial.
Kelly Wrighton es profesora de la Facultad de Ciencias Agrícolas de la CSU y coautora del estudio.
Cuando vemos cómo se maneja la tierra alrededor de un río, podemos ver el procesamiento de ciertos tipos de contaminantes o químicos antropogantes a través de los microbios en su ADN, dijo el profesor Wrighton.
Hay una relación muy fuerte, sugiere que hay una señal en el microbioma de cómo estamos viviendo y manejando la tierra que se perpetúa en el sistema fluvial y luego aguas abajo.
Microbios como indicadores de la salud de los ríos
La ciencia del microbioma es un campo emergente con implicaciones prometedoras para la salud ambiental. Los microbios del río podrían servir como indicadores de alerta temprana de los cambios en los ecosistemas, al igual que un canario en una mina de carbón.
Nuestra esperanza es que esta información pueda eventualmente ser utilizada para desarrollar nuevos diagnósticos que son indicadores de un río saludable versus un río poco saludable, explicó Wrighton.
Estas ideas podrían ayudar a los científicos y a los responsables políticos a gestionar mejor los sistemas fluviales y los paisajes que los rodean.
La investigación también descubrió seis microorganismos básicos presentes en todos los ríos estudiados. Estos microbios, que utilizan la luz como fuente de energía, se encontraron activos y predecibles en todo el territorio continental de Estados Unidos.
Los microcáreos están activos en estos sistemas de tal manera que es predecible en todo el territorio continental de los EE.UU., dijo Borton. Es muy genial, y creo que dice mucho sobre la robustez de la ciencia que se hizo antes de nuestro trabajo.
Abordar los mayores problemas del mundo
El estudio no sólo reveló nuevas perspectivas sobre los microbios de los ríos, sino que también mostró el potencial de la ciencia participativa a gran escala.
El proyecto comenzó en 2018 cuando Wrighton conocía a James Stegen, un científico de tierra de PNNL, que ya estaba liderado una iniciativa global de muestreo de ríos.
Wrighton se dio cuenta de que las muestras recolectadas para análisis químicos también podían ser estudiadas para datos microbianos, lanzando una colaboración plánmpima.
Hay mucho interés en cartografiar microbiomas, y hubo una enorme ausencia de datos de ríos microbianos, dijo Wrighton.
Pero también estaba pensando, podemos hacer esta ciencia a escala? Porque si podemos hacer una ciencia como esta, si podemos demostrar que funciona, podemos abordar los grandes problemas del mundo como el cambio climático. Podríamos llevar esto y aplicarlo a todas partes.
Base de datos de microbiomas fluviales fácil de usar
Uno de los logros clave del proyecto fue la creación de una base de datos de microbioma de los ríos y fácil de usar.
Ross, un científico del ecosistema especializado en análisis de datos, ayudó a construir esta plataforma y contextualizar los hallazgos para el análisis final del estudio. Estoy muy orgulloso de la parte de acceso a los datos de este proyecto, señaló Borton.
Borton espera que la infraestructura de datos inspire a los científicos no microbiomés a incorporar procesos microbianos en modelos de ecosistemas más amplios. Tenemos que ser mejores estudiando a través de paisajes, y una mejor comprensión de los ríos puede ayudarnos a hacer eso.
Nueva frontera para la ciencia ambiental
Este estudio abre la puerta a nuevas investigaciones y aplicaciones prácticas. Desde la lucha contra el cambio climático hasta la mejora del modelado de los ecosistemas, las ideas obtenidas de los microbiomas fluviales podrían servir de base para encontrar soluciones a algunos de los desafíos más acuciantes del mundo.
"Esto es un nuevo tipo de frontera", estamos realmente abriendo las puertas a una parte profundamente poco caracterizada de la Tierra, dijo Stegen. Es extremadamente gratificante haber construido algo que beneficiará a mucha gente más allá de nuestro equipo.
Al revelar la dinámica oculta de los microbios del río, esta investigación redefine cómo entendemos los ríos, no como meros conductos para el agua, sino como ecosistemas vibrantes e interconectados moldeados por las formas más pequeñas de vida.
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