Resumen de Stoichiometric and metabolomic shifts of organisms under environmental changes
Albert Rivas Ubach
L’estequiometria ecològica pretén explicar l’estil de vida dels organismes i l’estructura i funció dels ecosistemes en relació a les proporcions de C:N:P dels organismes i ecosistemes. Un dels paradigmes centrals de l’estequiometria ecològica és la “growth rate hypothesis” (GRH) que proposa que els organismes en fase de creixement han d’incrementar l’aportació de P al RNA per suplir l’elevada demanda de síntesi proteica necessària pel creixement. Baixes proporcions ambientals de N:P i en condicions no limitants, afavoreix les espècies amb creixements més ràpids, això podria llavors induir canvis a les comunitats. Recentment, les evidències d’aquestes relacions entre el medi abiòtic i les proporcions de C:N:P als organismes confereix a l’estequiometria ecològica un rol central a la recerca ecològica. La majora d’elements, especialment el C, N i P, els més estudiats en l’estequiometria ecològica, no actuen per ells mateixos sinó que formen part de compostos moleculars. L’acoblament de la metabolòmica a l’estequiometria ajuda a entendre la resposta dels organismes sota estressos biòtics i abiòtics així com també els processos ontogènics i fisiològics, i permet entendre l’assignació dels diferents nutrients a les diferents funcions fisiològiques. La metabolòmica permet l’anàlisi del metaboloma, el conjunt de metabòlits d’un organisme en un moment específic, i ha demostrat una alta sensibilitat en detectar els mecanismes fenotípics i les molècules clau que intervenen en les respostes dels organismes davant de canvis ambientals. Aquest mètode permet una bona exploració i examinació de la bioquímica de les mostres. En aquesta tesis hem realitzat una revisió de l’estat de l’art de l’estequiometria ecològica i la metabolòmica aplicada al camp de l’ecologia i fisiologia. Després, vam optimitzar un protocol de metabolòmica utilitzant RMN per posteriorment analitzar la metabolòmica i estequiometria en diferents espècies vegetals sota condicions experimentals de canvi climàtic i també de cianobacteris creixent sota condicions limitants de nutrients. Els nostres experiments han demostrat que les diferents condicions ambientals de les diferents estacions de l’any del clima mediterrani fan canviar el metaboloma de les plantes. Aquests canvis van també estar acompanyats per canvis estequiomètrics demostrant així la relació entre els canvis foliars de les proporcions de C:N:P:K amb els canvis metabolòmics. Per exemple, el bruc d’hivern va presentar concentracions majors de metabòlits relacionats amb el creixement com els sucres o els aminoacids durant la primavera, l’estació de creixement. Aquests increments en les concentracions d’aquests compostos van ser també acompanyats per proporcions foliars de N:P més baixes, tal i com tracta d’explicar la GRH. De totes maneres, la GRH no sembla complir-se del tot en grans arbres que presenten estructures de fusta que actuen de reservori de nutrients com en el cas de l’alzina. Les plantes Mediterrànies sota condicions de sequera, ja sigui experimental com condicions naturals a l’estiu, presenten alts nivells de compostos fenòlics amb acció antioxidant o osmorreguladors com els sucres o la colina. Aquests canvis, un cop més, van estar acompanyats per concentracions foliars de K més elevades per així evitar pèrdues d’aigua. També, la sequera sembla estimular l’activitat d’herbivorisme mitjançant el canvi metabolòmic de les plantes incrementant les concentracions de sucres i antioxidants. Això podria llavors tenir un impacte indirecte a les xarxes tròfiques. Els cianobacteris canvien el metabolisme sota condicions limitants de P i ferro (Fe). Les cèl·lules van canviar el metabolisme augmentant les vies anaeròbiques incrementant així les concentracions d’àcid làctic, entre altres canvis metabolòmics. El metabolisme anaeròbic produeix menys energia i redueix el creixement, això pot produir llavors canvis a la composició de les especies dels ecosistemes aquàtics i actuar en el control de la fixació del CO2 atmosfèric. Aquesta tesi ha ajudat a fer els primers passos de l’aplicació de la metabolòmica i l’estequiometria per a una major comprensió de les respostes dels organismes i els ecosistemes davant dels canvis ambientals. Els resultats el estudis realitzats mereixen i obren noves propostes per estudis futurs en la recerca ecometabolòmica.
