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Living close together: SYMBIOSIS IN MARINE SPONGES

Sponges are the oldest extant animals in Earth and are associated with microbes since the Pre-Cambrian period, over 500 millions years ago. These associations proved so advantageous that sponges have survived until nowadays without changing their lifestyle or their body-plan. The strength of sponge-microbes associations has been indirectly shown by the impossibility to cultivate cells of sponges or their bacterial symbionts separately despite the persistent efforts of scientists and biotech companies in the past 25 years. Many aspects of sponge-microbe symbioses, which remain still poorly known, would allow revealing the extent of hidden biodiversity in marine animals, the role of multispecies interactions in the ecosystem functioning, and the environmental conditions that may underlie symbiosis disruption in sponges and other animals, leading to recurrent mass mortality events in marine systems.
 

LA SIMBIOSIS EN ESPONJAS MARINAS

Las esponjas son los animales vivos más antiguos que se conocen. Esponjas y microbios obtienen grandes beneficios de vivir íntimamente juntos. Esta asociación empezó hace millones de años y su éxito ha hecho que las esponjas hayan llegado hasta nuestros días sin cambiar su forma de vida. La fuerza de estas asociaciones se ha demostrado indirectamente por la imposibilidad hasta hoy en dia de cultivar separadas las células de las esponjas o las de las bacterias simbiontes, pese a los esfuerzos continuados de científicos y empresas biotecnológicas durante los últimos 25 años. Sin embargo, hay muchos aspectos de estas asociaciones que desconocemos totalmente y que permitirían entender mejor la biodiversidad oculta en animales marinos como las esponjas, así como las condiciones ambientales que pueden producir desequilibrios en las relaciones simbióticas y desembocar en fenómenos de mortalidades masivas como los detectados recurrentemente en esponjas del Mediterráneo.

 

Dysidea avara es una esponja con bacterias simbiontes que está siendo estudiada en profuncidad porque produce una sustancia bioactiva, el avarol, con aplicaciones en medicina y cosmética. Serà la esponja? Serán las bacterias? Es importante conocer como funciona la simbiosis y el papel de cada uno en la producción del avarol.

 

Corticium candelabrum hosts lot of symbionts that transmists to the progenie. It is known as a bacteriosponge.

Corticium candelabrum alberga una gran cantidad de bacterias simbiontes que transmite a la progenie. Es una auténtica bacterioesponja.

 

 

Dysidea avara is a sponge with symbiotic bacteria that is being widely studied for its production of a toxic substance: avarol. Who produces the avarol? Is it the sponge? Are the bacteria? It is important to know how symbiosis works and the role of each one in the production of avarol.

Dysidea avara es una esponja con bacterias simbiontes que está siendo ampliamente estudiada por su producción de una sustancia tóxica, el avarol. Serà la esponja? Serán las bacterias? Es importante conocer como funciona la simbiosis y el papel de cada uno en la producción del avarol.

How to get an external skeleton: ROLE OF SYMBIOTIC BACTERIA IN EARLY CALCIFICATION PROCESSES

Many soft-bodied animals (invertebrates) produce an exoskeleton to protect themselves from predators. Skeletonized animals proliferated 500 million years ago during what has been called “the Cambrian explosion”. What determined the appearance of such a diversity of skeletons based on calcium minerals is a mystery widely discussed but not resolved yet.

Several questions emerge: How ancient animals formed their calcareous skeletons? Were symbiotic bacteria implicated? Since the beginning of the prokaryote life, bacteria were able to precipitate calcium carbonate salts as an indirect result of their metabolisms.  Reduction of sulfur compounds or photosynthesis (cyanobacteria), both create a propitious environment for calcium salts to spontaneously precipitate. A good example are the stromatolite formations, plentiful in the fossil record and still present along the coasts of Australia, which are calcium carbonate mounds build by bacteria.

It is known that several bacterial types allied to form the eukaryote cell, but did associated bacteria help primitive animals such sponges to produce their calcium carbonate skeletons? What other beneficial functions for the sponge play the symbiotic microbes? Are bacterial secondary metabolites defending the sponge from predation? How hundreds of bacteria species manage to coexist in equilibrium within the sponge? Which mechanisms prevent the excessive proliferation of one or several bacterial types? Do either the bacteria or the sponge or both produce toxic compounds?  All these questions and many others are investigated in the frame of the MarSymbiOmic project.

EL PAPEL DE LAS BACTERIAS SIMBIONTES EN LOS PROCESOS DE CALCIFICACIÓN

Muchos animales de cuerpo blando (invertebrados) tienen un exoesqueleto para protegerse de los depredadores. Los animales con esqueleto proliferaron durante la llamada "explosión del Cámbrico", hace más de 500 millones de años. Qué determinó la aparición de tal diversidad de esqueletos todos ellos basados ​​en minerales del calcio es un misterio ampliamente discutido y todavía no resuelto. ¿Cómo formaron los animales antiguos un esqueleto calcáreo para protegerse de los depredadores? ¿Estaban implicadas algunas bacterias simbiontes? Las bacterias, desde el principio producían unas condiciones ambientales como resultado de su metabolismo que propiciaba la precipitación de carbonato calcio. Estas condiciones pueden darse por ejemplo como resultado de la reducción de compuestos de azufre,  o bien de la fotosíntesis (cianobacterias). Pensemos en los estromatolitos: montículos de carbonato cálcico formados por bacterias que todavía se encuentran en ciertos lugares de las costas de Australia. Se sabe con certeza que diferentes tipos de células bacterianas se asociaron para formar la célula eucariota, la cuestión es: ¿Pudieron bacterias asociadas a animales primitivos como las esponjas ayudar a la producción de los esqueletos de carbonato cálcico? ¿Qué otras funciones necesarias para la supervivencia de las esponjas son realizadas con la participación de sus microbios simbiontes? ¿Cómo cientos de bacterias diferentes  actúan para mantenerse en equilibrio y coexistir dentro de la esponja? ¿Qué hacen para controlarse unas a otras y evitar que algunas proliferen demasiado? ¿Es la esponja la que ejerce el control? ¿Producen sustancias tóxicas las bacterias o/y la esponja para controlar la excesiva proliferación de uno o más miembros del consorcio?

 

Calcibacteriocyte, a type of sponge cell which accumulates lots of bacteria inside.

Calcibacteriocito, se trata de una célula de la esponja que acumula en su interior gran cantidad de bacterias.

Bacteria that form a calcareous structure (calcibacterias) within a cell sponge. The calcibacterias are characteristic and predominant symbionts  in some groups of sponges.

Bacterias que forman una estructura calcárea (calcibacterias) dentro de una célula de esponja. Las calcibacterias son simbiontes característicos y predominantes en algunas esponjas pertenecientes a distintos grupos taxonómicos.