Visualizan con luz de sincrotrón la acumulación de calcio en algas marinas

Imágenes obtenidas mediante microscopía de rayos X en el Sincrotrón ALBA. A) Corte virtual del tomograma reconstruido mostrando 3 células, donde se ve la formación de los cocolitos (marcados con el triángulo) y los depósitos de calcio (marcados con flechas). B) Reconstrucción tridimensional de la célula con el núcleo en rojo, el cloroplasto en amarillo, el cocolito en violeta y los depósitos de calcio en verde. C) Imágenes obtenidas mediante microscopía de rayos X en distintas zonas del borde de absorción del calcio, donde se ven los cocolitos y los depósitos de calcio. D & E) Espectro de absorción del calcio de distintas secciones de las imágenes de microscopía de rayos X. Tamaño de escala: 1 µm.

Los cocolitóforos son algas marinas microscópicas abundantes en los océanos que se caracterizan por producir pequeñas estructuras de carbonato de calcio, conocidas como cocolitos. El cocolito se forma dentro de la célula y, cuando madura lo suficiente, sale al exterior recubriendo su superficie.

Conocer este proceso de biomineralización es de gran interés para la comunidad científica ya que los cocolitóforos tienen un rol importante en la respuesta del ecosistema marino al cambio climático.

Su presencia en los océanos está directamente relacionada con la temperatura del agua y su composición química en los sedimentos marinos acumula información de los cambios climáticos producidos en el pasado. Por lo tanto, conocer cómo funciona el proceso de formación de los cocolitos en estas algas puede ayudar a entender la evolución del cambio climático.

Los cocolitóforos tienen un rol importante en la respuesta del ecosistema marino al cambio climático

Un grupo de investigadores internacionales, liderados por el Instituto de Fisiología Molecular de Plantas Max Planck (Postdam, Alemania), utiliza el Sincrotrón ALBA para ver el interior de las células de estas algas.

En esta investigación, publicada en Nature Communications, los investigadores han encontrado altas cantidades de calcio en partes de la célula que no corresponden a la conocida zona de producción de cocolitos, sino en compartimentos membranosos definidos.  Esto da pie a creer que estos depósitos de calcio son utilizados para la formación de los cocolitos.

“Esta investigación ofrece los primeros datos de la distribución de calcio en las células de cocolitóforos”, asegura André Scheffel, autor principal del estudio. No obstante, todavía queda pendiente resolver cuál es la composición química de las fases intermedias de generación del calcio y cómo este material se genera dentro y fuera de los depósitos.

Un microscopio de rayos X para analizar el fondo del mar

Las células analizadas pertenecían a la especie del alga Emiliana huxleyi y fueron congeladas y mantenidas a temperaturas criogénicas con el objetivo de preservar su organización intracelular.

Las células analizadas pertenecían a la especie del alga Emiliana huxleyi y fueron congeladas y mantenidas a temperaturas criogénicas 

En la línea de luz MISTRAL del Sincrotrón ALBA iluminaron las células con luz de sincrotrón para conseguir dos tipos de datos. Por una parte, captaron imágenes del interior de la célula completa a distintas orientaciones (el equivalente a un TAC convencional pero con un millón más de resolución), pudiendo reconstruir tridimensionalmente su volumen.

Así se pudieron conocer las distintas partes que componían la célula y comprobar que existían otros depósitos que parecían ricos en calcio. También se realizaron análisis de espectroscopia seleccionando cada uno de los píxeles de las imágenes obtenidas por microscopía.

“De ese modo, se pudo comprobar que efectivamente esos depósitos estaban compuestos por calcio”, asegura Eva Pereiro, investigadora del Sincrotrón ALBA y responsable de la línea de luz MISTRAL, donde se realizaron parte de los experimentos.

MISTRAL es una de las siete líneas de luz que tiene en marcha el Sincrotrón ALBA. Su microscopio de rayos X, junto con el del sincrotrón alemán Bessy y el norteamericano ALS, es una potente herramienta para analizar el interior de células completas y reconstruir tridimensional su volumen, suponiendo un complemento para otras técnicas como la microscopía electrónica.

Referencia bibliográfica:

A vacuole-like compartment concentrates a disordered calcium phase in a key coccolithophorid alga”. S. Sviben, A. Gal, M.H. Hood, L. Bertinetti, Y. Politi, M. Bennet, P. Krishnamoorthy, A. Schertel, R. Wirth, A. Sorrentino, E. Pereiro, D. Faivre & A. Scheffel,  Nature Communications 7: 11228 (2016)

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