Las misteriosas muertes de águilas calvas, ánades reales y otros lagos en el sureste de los Estados Unidos han desconcertado a los científicos durante más de 20 años. Después de una larga exploración de las peculiaridades de las cianobacterias que se adhieren a una hierba de agua invasiva, un equipo de investigadores encontró una toxina que podría ser la culpable.

Y es extraño, informó el equipo el 26 de marzo. Ciencias.

La toxina, apodada AETX, tiene una estructura química inusual que requiere bloques de construcción ricos en bromo, dice Susan Wilde, ecóloga acuática de la Universidad de Georgia en Atenas. Sin embargo, estos bloques de construcción de bromuro no abundan habitualmente en el agua del lago del sur. Aquí es donde entra en juego la historia de vida de una hierba en particular.

El misterio de la toxina desconocida comenzó en el invierno de 1994-95 en un lago de Arkansas con la mayor muerte inexplicable de águilas calvas. Las águilas, fochas y algunas otras aves perdieron la coordinación motora, tuvieron dificultad para volar o incluso caminar y tuvieron convulsiones. El examen de los cerebros de animales enfermos reveló franjas de agujeros microscópicos o vacuolas antinaturales. Para 1998, seis estados habían confirmado la muerte de aves con la misma enfermedad, ahora llamada VM, abreviatura de mielinopatía vacuolar.

Wilde notó que los lagos moribundos formaban densas extensiones de la planta acuática invasora verde en forma de cepillo para botellas. Hydrilla verticillata. En 2001, ella y varias generaciones de estudiantes y personal internacional se embarcaron en un largo viaje para descubrir si las plantas y las cianobacterias que las acompañan podían a veces destruir el cerebro.

«No es un tema seguro para una tesis», advirtió a los posibles estudiantes. No había mucho dinero ni certeza de éxito. Pero «es tan genial», recuerda que dijeron.

Una pista vino de esa mirada Hydrilla bajo iluminación microscópica, que puede hacer que ciertas sustancias emitan fluorescencia. Esto reveló que las cianobacterias sostenían la parte inferior de las hojas y protegían sus colonias con la piel de gallina. Algunas otras cianobacterias que chapotean en el agua como sopa liberan grandes cantidades de toxinas que matan a los peces y amenazan a los nadadores humanos, pero las abrazaderas de las hojas generalmente no eran una amenaza.

Imagen microscópica de una hoja de hierba acuática de color naranja oscuro con colonias de cianobacterias de color naranja claro
El azul marca el lugar. Una microfotografía de primer plano de color naranja oscuro de la hoja de una maleza acuática (Hydrilla verticillata) muestra manchas anaranjadas más claras de preocupantes colonias de cianobacterias (Aetokthonos hydrillicola). El azul proviene de una superposición donde técnicas especiales de imágenes revelan una sustancia sospechosa, presumiblemente la toxina, que están liberando las cianobacterias.S. Breinlinger et al. / Ciencias 2021

Esta cianobacteria resultó ser una nueva especie (Aetokthonos hydrillicola). También resultó difícil de cultivar en el laboratorio. Después de recolectar el material de un depósito, el equipo tardó dos años en reunir suficientes cianobacterias para el primer intento de alimentar con una solución acuosa a los animales de prueba.

Sin embargo, esta sopa de cianobacterias no pareció molestar en absoluto a los pollos de prueba. El análisis microscópico no reveló ningún pequeño agujero en su cerebro.

Luego, los investigadores se preguntaron si estaba sucediendo algo extraño con la configuración del cultivo de laboratorio. Recolectaron malezas silvestres que contienen cianobacterias de lagos con brotes confirmados de VM. Usando una ingeniosa configuración de laboratorio para determinar qué compuestos químicos estaban produciendo las bacterias, el equipo buscó sospechosos inusuales. Y allí, en los puntos que marcaban las colonias bacterianas, acechaba un compuesto hasta ahora desconocido con abundantes moléculas de bromuro. Estas colonias produjeron sustancias que mataron a los animales de prueba. El suministro de compuestos de bromuro a las colonias de laboratorio también los convirtió en toxinas.

El bromo puede ingresar a los lagos de diversas fuentes naturales y no naturales, como las plantas de energía. Los investigadores descubrieron que los invasores Hydrilla acumula concentraciones extremas de compuestos de bromo, que son 20 veces más altas que las concentraciones en el lodo del lecho marino y de 500 a 1000 veces más altas que en el agua de mar. A fines del verano, el agua tibia permanece en la parte superior del lago y atrapa el agua fría, oscura y desoxigenada. Las malas hierbas Hydrilla deja de florecer y sale de compuestos ricos en bromo. Entonces, las cianobacterias tienen los ingredientes para producir su toxina mortal.

Plantas de malezas de agua
Una hierba acuática agresivamente invasiva, Hydrilla verticillata, Crece en densas masas, que a las peligrosas cianobacterias les gusta colonizar ya las aves hambrientas les gusta comer.Leslie J. Mehrhoff, Universidad de Connecticut / Bugwood.org (CC BY 3.0 US)

La química exótica recién descubierta de estos fabricantes de toxinas no sorprende a Jason Stajich de la Universidad de California en Riverside, quien estudia otras cianobacterias en sus estudios genéticos de la evolución microbiana. Las cianobacterias que flotan libremente causan flores venenosas tanto en el mar como en el agua dulce (SN: 28/08/18). Este grupo verde de bacterias también incluye especies que crean el mundo que amamos. La corteza del desierto que estudia Stajich (como la «corteza de pan» pero en las superficies del desierto, dice) toma años para formar redes de cianobacterias y volverse dependientes de ellas (SN: 10.12.19).

En este caso, ahora que el sospechoso ha sido capturado, hay aún más razones para deshacerse de él. Hydrilla Invasores que facilitan la formación de toxinas. Cañón de aves acuáticas en el Hydrilla y sus compañeras bacterias y reciben una dosis letal de toxina. Los depredadores como las águilas y los búhos que se alimentan de estas aves acuáticas también están envenenados. En el laboratorio, la toxina afecta a otros vertebrados como anfibios y serpientes. Una vez que conozca la composición de la toxina, el laboratorio podrá buscar cualquier efecto en los mamíferos. Con una cantidad tan grande de criaturas potencialmente vulnerables, el rompecabezas no podría haber llegado lo suficientemente pronto.

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