Las floraciones de cianobacterias que plagan el oeste del lago Erie cada verano son una molestia desagradable y un peligro potencial para la salud pública, produciendo toxinas hepáticas que pueden ser perjudiciales para los humanos y sus mascotas.
Pero las toxinas producidas en las floraciones de cianobacterias también pueden tener efectos protectores en los animales del lago del tamaño de un grano de arena que las ingieren, de la misma manera que las toxinas en las plantas de algodoncillo protegen a las mariposas monarca de los parásitos, según un nuevo estudio de ecólogos de la Universidad de Michigan.
El estudio de laboratorio muestra que los pequeños crustáceos de agua dulce parecidos a los camarones se llaman Dafnia puede obtener protección contra los parásitos fúngicos al consumir toxinas producidas por las cianobacterias formadoras de flores. Comúnmente conocidas como pulgas de agua Dafnia desempeñan un papel clave en las redes alimentarias de agua dulce y son una fuente vital de alimentos para muchos peces.
Los investigadores de la UM planean estudios de seguimiento para ver si los efectos protectores que observaron en el laboratorio también están ocurriendo en los lagos. También explorarán el potencial de desarrollar medicamentos antifúngicos para uso humano.
El estudio está programado para su publicación el 15 de enero en la revista Actas de la Royal Society B . El primer autor es Kristel Sánchez, quien realizó el trabajo para su tesis de maestría en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la UM. Los coautores incluyen a sus asesores de la facultad, ecologistas de la UM Mark Hunter y Meghan Duffy.
"Este documento muestra que Dafnia vivir en los lagos de Michigan puede obtener protección contra los parásitos fúngicos a través de las toxinas que están presentes en las cianobacterias formadoras de flores ", dijo Hunter, quien ha estudiado monarcas en la Estación Biológica de la UM durante más de una década.
"Este es un sorprendente paralelo acuático de las mariposas monarca, que obtienen protección de sus parásitos de las toxinas del algodoncillo. Sugiere que la medicación animal puede ser aún más común de lo que pensábamos, extendiéndose al reino acuático".
Se sabe desde hace décadas que los animales como los chimpancés buscan hierbas medicinales para tratar sus enfermedades. En los últimos años, la lista de farmacéuticos de animales ha crecido mucho más, y ahora parece que la práctica de la "automedicación" animal esmucho más extendido de lo que los científicos habían conocido anteriormente.
Pero la mayoría de los estudios de automedicación de animales se han centrado en los ecosistemas terrestres. Se sabe relativamente poco acerca de cómo la dieta de un animal sirve como fuente de medicamentos en los sistemas acuáticos.
Para ser claros, el estudio actual no muestra eso Dafnia se automedican en la naturaleza. Para demostrar la automedicación, los investigadores tendrían que demostrar eso Dafnia se alimentan preferentemente de cianobacterias y algas productoras de toxinas para reducir el riesgo de enfermedad. Los investigadores buscarán evidencia de este tipo de alimentación selectiva en la próxima fase del estudio.
Pero el estudio actual proporciona una fuerte evidencia de las propiedades protectoras de las toxinas vegetales consumidas por Dafnia .
"Los patógenos fúngicos tienen efectos devastadores en los cultivos, la vida silvestre e incluso las personas", dijo Duffy. "Para mí, la idea de que los compuestos para combatirlos podrían estar justo debajo de la superficie de nuestros lagos locales es realmente emocionante".
Sánchez levantado Dafnia dentifera, un herbívoro común en los lagos de América del Norte, en el laboratorio y alimentó a los individuos con una de las ocho especies de algas verdes o cianobacterias anteriormente conocidas como algas verdeazuladas. Dafnia se alimentan de algas y bacterias que flotan en la columna de agua; son parte de un grupo de pequeños animales acuáticos conocidos como herbívoros de zooplancton.
Se utilizaron cinco especies de algas verdes y tres especies de cianobacterias, y diferían en su valor nutricional y producción de toxinas. Las algas verdes tienden a ser más nutritivas para Dafnia que las cianobacterias productoras de toxinas.
Las cianobacterias utilizadas en el estudio incluyeron una especie de Microcystis , un grupo de cianobacterias comunes formadoras de colonias en gran parte responsables de las floraciones anuales de verano del lago Erie. Algunas Microcystis las especies producen toxinas hepáticas llamadas microcistinas. En su experimento, Sánchez agregó microcistina pura a algunas de las Microcystis cultivos para aproximar los niveles de la toxina comúnmente observados durante las floraciones de cianobacterias.
El criado en laboratorio Dafnia en el estudio de UM fueron expuestos a un parásito fúngico común y un parásito bacteriano común. En la naturaleza Dafnia infectarse al consumir esporas de parásitos en el agua.
Los investigadores encontraron que la dieta tenía efectos sorprendentes sobre la prevalencia de infección del parásito fúngico, pero no del parásito bacteriano.
Dos de las dietas de cianobacterias, incluido el tratamiento dietético en el que se agregó microcistina pura a los vasos de precipitados que contienen Microcystis cultivos: infecciones fúngicas completamente prevenidas. La dieta de Microcystis solo, sin microcistina adicional, resultó en niveles muy bajos de infección por hongos.
Las infecciones por hongos también se previnieron por completo cuando Dafnia alimentado con la alga verde Chlorella. En total, cuatro de los nueve tratamientos dietéticos mostraron una fuerte evidencia de actividad antifúngica.
"Pensé que probablemente obtendría una dieta de las nueve que mostraban algún efecto medicinal", dijo Sánchez. "El hecho de que casi la mitad de los tratamientos de dieta mostró algún tipo de efecto medicinal fue realmente sorprendente y sugiere que no estamosprestando suficiente atención al mecanismo de automedicación en los ecosistemas acuáticos "
En contraste, ninguno de los tratamientos de dieta previno la infección con el parásito bacteriano. Además, no infectado Dafnia que consumió una dieta de algas verdes produjo de dos a tres veces más descendencia que las que comieron cianobacterias, lo que confirma la mayor calidad nutricional de las dietas de algas verdes. Y, en general, el crecimiento se redujo por la infección por parásitos.
Sánchez planea continuar el trabajo para su proyecto de investigación doctoral, con Duffy como su asesor. Los investigadores buscarán evidencia de automedicación y examinarán más a fondo las propiedades antimicrobianas de las tres toxinas que mostraron actividad de lucha contra hongos enel estudio inicial: microcistina-LR, anatoxina-a y clorelina. Investigadores de Minnesota y Georgia se unirán al proyecto.
"Una gran cantidad de investigación de productos naturales se realiza analizando toneladas de material vegetal o de algas y utilizando diferentes bioensayos y esperando que tenga suerte y encuentre un nuevo compuesto o algo que esté activo", dijo Sánchez. "Pero por qué no mirar qué¿Ya está sucediendo en la naturaleza? Creo que esto es lo que realmente me atrajo y por qué elegí trabajar en este proyecto ".
El trabajo tiene amplias implicaciones ecológicas, dicen los investigadores, en parte porque se espera que un clima global más cálido aumente la frecuencia de las floraciones de cianobacterias en algunas regiones. Ese cambio podría alterar la dinámica de la enfermedad Dafnia que a su vez "podría tener consecuencias importantes para las redes alimentarias del lago, como Dafnia son los principales herbívoros y brotes de enfermedades dentro Dafnia las poblaciones pueden influir en los procesos a nivel de ecosistema ", escribieron los autores.
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Materiales proporcionados por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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