Muchos protistas tienen caparazones o membranas protectoras , [2] generalmente hechas de sílice (vidrio) o carbonato de calcio (tiza). Los protistas son un grupo diverso de organismos eucariotas que no son plantas, animales ni hongos. Por lo general, son organismos unicelulares microscópicos que viven en el agua o en ambientes húmedos.
Las conchas de los protistos suelen ser formas duras y mineralizadas que resisten la degradación y pueden sobrevivir a la muerte del protisto como microfósil . Aunque los protistos suelen ser muy pequeños, son omnipresentes. Su número es tal que sus conchas desempeñan un papel enorme en la formación de sedimentos oceánicos y en el ciclo global de elementos y nutrientes.
La función de las conchas de los protistas depende del tipo de protista. Los protistas como las diatomeas y los radiolarios tienen conchas intrincadas, similares al vidrio, hechas de sílice , que son duras y protectoras, y sirven como barrera para evitar la pérdida de agua. Las conchas tienen pequeños poros que permiten el intercambio de gases y la absorción de nutrientes. Los cocolitóforos y los foraminíferos también tienen conchas protectoras duras, pero las conchas están hechas de carbonato de calcio . Estas conchas pueden ayudar con la flotabilidad, lo que permite a los organismos flotar en la columna de agua y moverse con más facilidad.
Además de protección y sostén, las conchas de los protistos también sirven a los científicos como medio de identificación. Examinando las características de las conchas, se pueden identificar diferentes especies de protistos y estudiar su ecología y evolución.
La vida celular probablemente se originó como procariotas unicelulares (incluidas las bacterias y arqueas modernas) y luego evolucionó hacia eucariotas más complejos . Los eucariotas incluyen organismos como plantas, animales, hongos y "protistos". Los protistos suelen ser unicelulares y microscópicos. Pueden ser heterótrofos , lo que significa que obtienen nutrientes al consumir otros organismos, o autótrofos , lo que significa que producen su propio alimento a través de la fotosíntesis o la quimiosíntesis , o mixotróficos , lo que significa que producen su propio alimento a través de una mezcla de esos métodos.
El término protista se empezó a utilizar históricamente para referirse a un grupo de organismos biológicamente similares; sin embargo, la investigación moderna ha demostrado que se trata de un grupo parafilético que no contiene a todos los descendientes de un ancestro común. Como tal, no constituye un clado y actualmente no se utiliza científicamente de manera formal. No obstante, el término continúa utilizándose de manera informal para referirse a aquellos eucariotas que no pueden clasificarse como plantas, hongos o animales.
La mayoría de los protistos son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. Son organismos muy diversos actualmente organizados en 18 filos, pero no son fáciles de clasificar. [3] [4] Los estudios han demostrado que existe una alta diversidad de protistos en océanos, respiraderos marinos profundos y sedimentos fluviales, lo que sugiere que aún quedan grandes cantidades de comunidades microbianas eucariotas por descubrir. [5] [6] Como eucariotas, los protistos poseen dentro de su célula al menos un núcleo , así como orgánulos como mitocondrias y aparatos de Golgi . Muchos protistos son asexuales pero pueden reproducirse rápidamente a través de mitosis o por fragmentación ; otros (incluidos los foraminíferos ) pueden reproducirse sexual o asexualmente. [7]
A diferencia de las células de las bacterias y las arqueas, las células de los protistos y otros eucariotas están altamente organizadas. Las plantas, los animales y los hongos suelen ser pluricelulares y, por lo general, macroscópicos . La mayoría de los protistos son unicelulares y microscópicos, pero hay excepciones y algunos protistos marinos no son ni unicelulares ni microscópicos, como las algas marinas .
Aunque el silicio está fácilmente disponible en forma de silicatos , muy pocos organismos lo utilizan directamente. Las diatomeas , los radiolarios y las esponjas silíceas utilizan sílice biogénica como material estructural para sus esqueletos. En plantas más avanzadas, los fitolitos de sílice (fitolitos de ópalo) son cuerpos microscópicos rígidos que se encuentran en la célula; algunas plantas, incluido el arroz , necesitan sílice para su crecimiento. [8] [9] [10] Se ha demostrado que la sílice mejora la resistencia de la pared celular de las plantas y la integridad estructural en algunas plantas. [11]
Las diatomeas forman un filo (disputado) que contiene alrededor de 100.000 especies reconocidas de algas principalmente unicelulares. Las diatomeas generan alrededor del 20 por ciento del oxígeno producido en el planeta cada año, [12] absorben más de 6.7 mil millones de toneladas métricas de silicio cada año de las aguas en las que viven, [13] y contribuyen con casi la mitad del material orgánico que se encuentra en los océanos.
Las diatomeas están encerradas en conchas protectoras de sílice (vidrio) llamadas frústulas . La estructura intrincada y bellamente diseñada de muchas de estas frústulas es tal que a menudo se las conoce como "joyas del mar". [14] Cada frústula está hecha de dos partes entrelazadas cubiertas con pequeños agujeros a través de los cuales la diatomea intercambia nutrientes y desechos. [15] Las frústulas de diatomeas muertas se desplazan hasta el fondo del océano donde, a lo largo de millones de años, pueden acumularse hasta media milla de profundidad. [16]
Las diatomeas utilizan silicio en forma de sílice biogénica (BSiO 2 ), [17] que es absorbida por la proteína transportadora de silicio para ser utilizada predominantemente en la construcción de estas estructuras protectoras de la pared celular. [18] El silicio ingresa al océano en forma disuelta, como ácido silícico o silicato . [19] Dado que las diatomeas son uno de los principales usuarios de estas formas de silicio, contribuyen en gran medida a la concentración de silicio en todo el océano. El silicio forma un perfil similar al de los nutrientes en el océano debido a la productividad de las diatomeas en profundidades poco profundas, lo que significa que hay menos concentración de silicio en el océano superior y más concentración de silicio en el océano profundo. [19]
La productividad de las diatomeas en el océano superior contribuye a la cantidad de silicio exportado al océano inferior. [20] Cuando las células de diatomeas se lisan en el océano superior, sus nutrientes, como el hierro, el zinc y el silicio, se llevan al océano inferior a través de un proceso llamado nieve marina . La nieve marina implica la transferencia descendente de materia orgánica particulada mediante la mezcla vertical de materia orgánica disuelta . [21] La disponibilidad de silicio parece crucial para la productividad de las diatomeas, y mientras el ácido silícico esté disponible para que las diatomeas lo utilicen, las diatomeas contribuyen con otras concentraciones importantes de nutrientes en el océano profundo. [22]
En las zonas costeras, las diatomeas son los principales organismos fitoplanctónicos y contribuyen en gran medida a la producción de sílice biogénica. Sin embargo, en mar abierto, las diatomeas tienen un papel reducido en la producción anual mundial de sílice. Las diatomeas de los giros subtropicales del Atlántico Norte y del Pacífico Norte contribuyen solo con un 6% de la producción anual mundial de sílice marina, mientras que el océano Austral produce aproximadamente un tercio de la sílice biogénica marina mundial. [23] Se dice que el océano Austral tiene una "divisoria biogeoquímica", ya que solo se transportan cantidades minúsculas de silicio fuera de esta región. [24]
Las frústulas de diatomeas se han ido acumulando durante más de 100 millones de años, dejando ricos depósitos de óxido de silicio nano y microestructurado en forma de tierra de diatomeas en todo el mundo. Las causas evolutivas de la generación de sílice nano y microestructurada por las algas fotosintéticas aún no están claras. Sin embargo, en 2018 se demostró que la absorción de luz ultravioleta por sílice nanoestructurada protege el ADN en las células de las algas, y esto puede ser una causa evolutiva de la formación de las jaulas de vidrio. [28] [29]
Los radiolarios son protistas depredadores unicelulares encerrados en elaboradas conchas globulares (o "cápsulas"), generalmente hechas de sílice y perforadas con agujeros. Su nombre proviene del latín "radio". Atrapan a sus presas introduciendo partes de su cuerpo a través de los agujeros. Al igual que las frústulas de sílice de las diatomeas, las conchas de los radiolarios pueden hundirse hasta el fondo del océano cuando los radiolarios mueren y se conservan como parte del sedimento oceánico. Estos restos, como microfósiles, proporcionan información valiosa sobre las condiciones oceánicas pasadas. [32]
Los cocolitóforos son diminutos protistas fotosintéticos unicelulares con dos flagelos para su locomoción. La mayoría de ellos están protegidos por una concha llamada coccosfera . Las coccosferas están cubiertas de placas o escamas circulares ornamentadas llamadas cocolitos . Los cocolitos están hechos de carbonato de calcio. El término cocolitóforo deriva del griego para piedra portadora de semillas , en referencia a su pequeño tamaño y a las piedras cocolíticas que transportan. En las condiciones adecuadas, florecen, como otros fitoplancton, y pueden teñir el océano de un blanco lechoso . [36]
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Los protistos que llevan conchas protectoras obtienen beneficios. El diagrama de la izquierda muestra algunos de los beneficios que obtienen los cocolitóforos al llevar cocolitos. En el diagrama, (A) representa la fotosíntesis acelerada, incluidos los mecanismos de concentración de carbono (CCM) y la absorción mejorada de luz a través de la dispersión de fotones escasos para las especies que viven en las profundidades. (B) representa la protección contra el fotodaño, incluida la protección contra la luz ultravioleta (UV) y la radiación fotosintéticamente activa (PAR) y la disipación de energía en condiciones de alta luminosidad. (C) representa la protección de la armadura, que incluye protección contra infecciones virales/bacterianas y pastoreo por parte de animales de pastoreo selectivos y no selectivos. [38]
También existen costos para los protistas que llevan conchas protectoras. El diagrama de la derecha arriba muestra algunos de los costos energéticos que incurren los cocolitóforos al transportar cocolitos. En el diagrama, los costos energéticos se informan como porcentaje del presupuesto fotosintético total. (A) representa los procesos de transporte que incluyen el transporte hacia la célula desde el agua de mar circundante de los sustratos de calcificación primaria Ca2 + y HCO3− (flechas negras) y la eliminación del producto final H+ de la célula (flecha gris). El transporte de Ca2 + a través del citoplasma hasta la vesícula del cocolito (VC) es el costo dominante asociado con la calcificación. (B) representa los procesos metabólicos que incluyen la síntesis de polisacáridos asociados a cocolitos (CAPs – rectángulos grises) por el complejo de Golgi (rectángulos blancos) que regulan la nucleación y la geometría de los cristales de CaCO3 . El cocolito completo (placa gris) es una estructura compleja de CAPs y cristales de CaCO3 intrincadamente dispuestos . (C) Los procesos mecánicos y estructurales explican la secreción de los cocolitos completos que son transportados desde su posición original adyacente al núcleo hasta la periferia celular, donde son transferidos a la superficie de la célula. [38]
Al igual que los radiolarios, los foraminíferos ( foraminíferos para abreviar) son protistos depredadores unicelulares, también protegidos con conchas que tienen agujeros en ellas. Su nombre proviene del latín "portadores de agujeros". Sus conchas, a menudo llamadas test , pueden tener una o varias cámaras; los foraminíferos multicámaras agregan más cámaras a medida que crecen. Los más famosos de estos están hechos de calcita, pero los test también pueden estar hechos de aragonito , partículas de sedimento aglutinadas , quitina o (raramente) de sílice. La mayoría de los foraminíferos son bentónicos , pero alrededor de 40 especies vivas son planctónicas . [39] Se investigan ampliamente con registros fósiles bien establecidos que permiten a los científicos inferir mucho sobre los ambientes y climas pasados. [32] Algunos foraminíferos carecen de test por completo. [40]
El cuerpo celular de muchos coanoflagelados está rodeado por una matriz extracelular distintiva o periplasto . Estas cubiertas celulares varían mucho en estructura y composición y son utilizadas por los taxónomos con fines de clasificación. Muchos coanoflagelados construyen "casas" complejas en forma de canasta, llamadas lorica , a partir de varias tiras de sílice cementadas entre sí. [43] Se desconoce la importancia funcional del periplasto, pero en los organismos sésiles, se cree que ayuda a la adhesión al sustrato. En los organismos planctónicos, se especula que el periplasto aumenta la resistencia, contrarrestando así la fuerza generada por el flagelo y aumentando la eficiencia alimentaria. [43] [44]
Las conchas o esqueletos de muchos protistos sobreviven a lo largo de escalas de tiempo geológicas como microfósiles. Los microfósiles son fósiles que tienen un tamaño de entre 0,001 mm y 1 mm, [45] cuyo estudio requiere el uso de microscopio óptico o electrónico . Los fósiles que pueden estudiarse a simple vista o con un aumento de baja potencia, como una lupa, se denominan macrofósiles .
Los microfósiles son una característica común del registro geológico , desde el Precámbrico hasta el Holoceno . Son más comunes en sedimentos marinos , pero también se encuentran en agua salobre, agua dulce y depósitos sedimentarios terrestres. Si bien todos los reinos de la vida están representados en el registro de microfósiles, las formas más abundantes son los esqueletos o quistes protistas de Chrysophyta , Pyrrhophyta , Sarcodina , acritarcos y quitinozoos , junto con polen y esporas de las plantas vasculares .
En 2017, se descubrieron microorganismos fosilizados, o microfósiles, en precipitados de respiraderos hidrotermales en el Cinturón de Nuvvuagittuq que pueden tener hasta 4.280 millones de años, el registro más antiguo de vida en la Tierra , lo que sugiere "un surgimiento casi instantáneo de la vida" (en un sentido de escala de tiempo geológico), después de la formación del océano hace 4.410 millones de años , y no mucho después de la formación de la Tierra hace 4.540 millones de años. [46] [47] [48 ] [49] No obstante, la vida puede haber comenzado incluso antes, hace casi 4.500 millones de años, como afirman algunos investigadores. [50] [51]
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