Hay que incorporar el papel de los microorganismos en los modelos predictivos sobre el efecto del cambio climático  y en las propuestas de soluciones más sostenibles

El cambio climático afecta a la mayoría de las formas de
vida de nuestro planeta. La disminución de la biodiversidad animal y vegetal y
su efecto en los ecosistemas está siendo bien analizada y documentada por la
comunidad científica, y publicitada por los medios de comunicación. Pero por el
contrario, no se está prestando
prácticamente ninguna atención al mundo de los microorganismos.

Los microorganismos mantiene la existencia del resto de
seres vivos. Aunque pasen desapercibidos y ocultos para el ojo humano, sin microbios la vida en el planeta no
sería posible (ver Sin microbios, ¡el caos total!). Su abundancia (se calcula que pueden haber unos 10³⁰
bacterias y arqueas) y diversidad son responsables de la salud global del
planeta (ver ¿Cuántas bacterias hay en la Tierra?).

Aunque los efectos del ser humano sobre los microorganismos
son mucho menos obvios y están menos estudiados, comienza a preocupar cómo los
cambios en la biodiversidad microbiana y en su actividad podrían afectar a
otros seres vivos y cómo ellos mismos pueden responder al cambio climático.

Para ello, para poder hacer frente al cambio climático es vital incorporar en la “ecuación” a la
inmensa mayoría de seres invisibles: el mundo microbiano. Es necesario
entender no solo cómo los microorganismos afectan al cambio climático sino que
también cómo el cambio climático afecta a los propios microorganismos.

Los microorganismos son parte del ecosistema y son esenciales para el
mantenimiento del medioambiente

Los microorganismos tienen un papel esencial en los ciclos
biogeoquímicos (como el ciclo del carbono y del nitrógeno, por ejemplo), en la
salud de los animales (incluido el ser humano) y las plantas, en la
agricultura, y en todas las cadenas tróficas alimenticias. Además, los
microorganismos viven en todos los ambientes de la Tierra en los que haya otros
seres vivos, e incluso son las únicas formas de vida en muchos ambientes
extremos donde otros no pueden sobrevivir. Los microorganismos están aquí desde
el origen de la vida, hace unos 3.800 millones de años, durante miles de
millones de años fueron los únicos pobladores del planeta y seguro que nos
sobrevivirán cuando el resto nos hayamos extinguido.

El ciclo del carbono
es un ciclo microbiano

El 70% de la superficie del planeta es agua. El papel de los
microorganismos en los océanos se pone de manifiesto si tenemos en cuenta que el
90% de la biomasa marina es microbiana. El fitoplancton marino (formado por
microorganismos fotosintéticos como cianobacterias, bacterias verdes y rojas, y
protozoos fotosintéticos, como las diatomeas, principalmente) son responsables
de la mitad del CO₂ fijado por fotosíntesis en el planeta. Pero no
solo influyen en el ciclo del carbono
los microorganismos fotosintéticos, también intervienen las bacterias y arqueas
quimiolitotrofas que fijan el CO₂ en oscuridad en las profundidades
marinas, y los microorganismos productores y consumidores de metano CH₄
(metanógenos y metanotrofos).

En los ambientes terrestres, también hay gran cantidad de
microorganismos que descomponen la materia orgánica y liberan nutrientes en el
suelo para el crecimiento de las plantas así como CO₂ y CH₄
a la atmósfera. Los microorganismos del suelo también regulan las
productibilidad de las plantas, porque influyen en la disponibilidad de
nitrógeno y fósforo (recuerda que las plantas no fijan el nitrógenos
atmosférico, lo hacen las bacterias en simbiosis con ellas). También la biomasa
microbiana se convierte en combustibles fósiles, a lo largo de millones de
años.

Muchas actividades humanas, como la agricultura, la
industria, el transporte, el crecimiento de la población humana, combinado con
otros factores ambientales, influyen sobre las interacciones microbianas que
ocurren entre los propios microorganismos y con las plantas y animales. Estas
interacciones pueden afectar a cómo los microorganismos pueden influir en el
cambio climático y como el cambio climático (aumento del nivel de CO₂,
calentamiento global, cambios en las precipitaciones, el pH o la salinidad de
los océanos, …) pueden afectar  a la respuesta
de los microorganismos. Además, la degradación de los hielos y el permafrost
también puede afectar a los microorganismos, que pueden descomponer el carbono
congelado y liberar CO₂ y CH₄.

Los cambios ambientales pueden afectar al tamaño, diversidad
e interacción de las poblaciones microbianas, a su actividad metabólica,
velocidad de crecimiento, y a su capacidad de regulación (se ha descrito, por
ejemplo, un aumento de la concentración de toxinas como efecto de un incremento
de la población de determinados microorganismos, como cianobacterias, debido a
un aumento de temperatura). Y todas esas modificaciones, a su vez, pueden tener
un impacto en lo ciclos biogeoquímicos globales y en el clima mundial.

Los microbios y la agricultura

Cerca del 40% de la superficie terrestre está dedicada a la
agricultura. Esa proporción va en aumento y esos cambios están asociados a una
marcada pérdida de la biodiversidad, también de los microorganismos.

El arroz alimenta a casi la mitad de la población mundial, y
los arrozales contribuyen a un 20% de la emisión agrícola de CH₄.
Por su parte los rumiantes son una de las fuentes de CH₄ más
importante. Pero en realidad ni el arroz ni las vacas producen el metano. Los
grandes productores de CH₄ son los microorganismos. Se produce en
esos ambientes anaerobios como los sedimentos y suelos inundados en los
arrozales, y en el intestino de los animales, especialmente los rumiantes. En
el aumento del nivel de CH₄
atmosférico también participan, por tanto, los microorganismos.

Efecto de la agricultura y otras actividades humanas en los microorganismos (Fuente: ref 1)

Y algo parecido podemos decir del nitrógeno. La combustión
de combustibles fósiles y el uso de fertilizantes en la agricultura tienen una
gran influencia en la disponibilidad de nitrógeno. La agricultura es
responsable de la gran emisión de óxido nitroso (N₂O), un gas con
efecto invernadero. Los microorganismo del suelo y en simbiosis con las
leguminosas pueden convertir el N₂O en N₂, nitrógeno
atmosférico, sin efecto nocivo. En realidad, prácticamente todo el ciclo global del nitrógeno es un ciclo
microbiano: desde la fijación y asimilación del N₂ atmosférico,
la nitrificación (paso del amonio a nitrito y de nitrito a nitrato), la desnitrificación
(del nitrato al N₂ atmosférico), hasta la descomposición o mineralización
(liberación del nitrógeno de los aminoácidos y proteínas). No cabe duda de que
el cambio climático puede afectar al ritmo en el cual los microbios transforman
el nitrógeno.

La investigación de cómo el cambio climático afecta a los ciclos del
carbono y del nitrógeno debe incluir el papel de los microorganismos

Las enfermedades infecciosas

La transmisión y dispersión de microorganismos patógenos, su
tasa de replicación y supervivencia en el ambiente, están muy influenciadas por
las precipitaciones, la humedad relativa, la temperatura, la salinidad o el
viento. Por eso, el cambio climático
también puede afectar a la aparición y extensión de enfermedades infecciosas
tanto en ambientas marinos como terrestres.

Por ejemplo, existe una relación entre el aumento de la
temperatura de la superficie del mar y la enfermedades de los corales: el
calentamiento de los océanos puede alterar la microbiota de los corales, lo que
contribuye a la aparición de determinadas enfermedades. La acidificación de los
océanos puede causar daños en los tejidos de los peces que contribuyen a
debilitar su sistema inmune y favorecer la invasión de bacterias patógenas.
Algo similar ocurre con los anfibios cuando aumentan las temperaturas. También,
a nivel terrestre, muchos patógenos de plantas y de cultivos son sensibles a
los cambios de temperatura y están influenciados por el clima.

El aumento de la
resistencia a los antibióticos de algunos patógenos humanos también se ha
relacionado con el cambio climático. Se ha sugerido que un aumento de
temperatura puede favorecer la transferencia horizontal de genes de resistencia
y un aumento de la tasa de crecimiento del patógeno.

Los patógenos transmitidos por vectores (mosquitos y
garrapatas), por alimentos, aire o agua puede ser especialmente susceptibles a
los efectos del cambio climático. Un aumento de la temperatura de la superficie
del agua se ha relacionado con una aumento de la infecciones por Vibrio cholera en Bangladesh, por ejemplo.

El cambio climático aumenta el impacto de los patógeno (Fuente: ref. 1)

Pequeños cambios de temperatura y humedad pueden afectar a
la distribución mundial de los vectores y a la eficacia con que trasmiten los patógenos,
se pueden prolongar las épocas de transmisión de la enfermedad, aumentar las
tasas de replicación del patógenos en el vector o aumentar la extensión
geográfica en la que se  multiplica en
vector. Así, algunas enfermedades transmitidas por vectores
están emergiendo en Europa, como respuesta a los cambios ambientales, como
por ejemplo los brotes de la enfermedad de la lengua azul, una infección viral
aguda transmitida por mosquitos del ganado ovino, caprino y bovino. La
distribución espacial de enfermedades como el dengue y la malaria, también
están cambiando debido al cambio climático. El número de personas en el mundo
susceptibles de padecer infecciones como el dengue, zika, chikungunya, fiebre
amarilla, fiebre del Nilo Occidental, enfermedad de Lyme u otras fiebres
hemorrágicas, aumenta considerablemente conforme los vectores (mosquitos y
garrapatas) se extienden a otras latitudes, debido al cambio climático. También
se han relacionado brotes de enfermedades infecciosas (malaria, cólera, dengue,
peste, …) con fenómenos atmosféricos como El Niño y similares, que conllevan
grandes cambios en los patrones de lluvias y temperaturas.

Los microorganismos
también pueden ayudar a mitigar el efecto del cambio climático

La biotecnología microbiana puede proporcionar algunas
soluciones para un desarrollo más sostenible: desde manipular genéticamente microorganismos, por ejemplo, para
incrementar su capacidad de reducir el N₂O a N₂
atmosférico, de forma que neutralizen las emisiones de este gas; manipular la
microbiota del rumen para reducir la producción de CH₄; emplear microorganismos para producir biocombustibles y reducir el empleo de
combustibles fósiles; o la reciente transformación de una bacteria para consumir CO₂ (ver noticia).

Todos estos ejemplos ilustran la necesidad de incorporar el
papel de los microorganismos en los modelos predictivos sobre el efecto del
cambio climático  y en las propuestas de
soluciones más sostenibles. 

Para más información:

(1) Scientists’ warning to humanity: microorganisms and climate change. Cavicchioli, R., y col. 2019. Nature Reviews Microbiology. 17: 569–586.