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2024 Acuerdos transformativos CRUE, Samarium (Sm) is a rare-earth element recently included in the list of critical elements due to its vital role in emerging new technologies. With an increasing demand for Sm, microbial bioremediation may provide a cost-effective and a more ecologically responsible alternative to remove and recover Sm. We capitalized on a previously selected Chlamydomonas reinhardtii strain tolerant to Sm (1.33 × 10−4 M) and acidic pH and carried out settling selection to increase the Sm uptake performance. We observed a rapid response to selection in terms of cellular phenotype. Cellular size decreased and circularity increased in a stepwise manner with every cycle of selection. After four cycles of selection, the derived CSm4 strain was significantly smaller and was capable of sequestrating 41% more Sm per cell (1.7 × 10−05 ± 1.7 × 10−06 ng) and twice as much Sm in terms of wet biomass (4.0 ± 0.4 mg Sm · g−1) compared to the ancestral candidate strain. The majority (~70%) of the Sm was bioaccumulated intracellularly, near acidocalcisomes or autophagic vacuoles as per TEM-EDX microanalyses. However, Sm analyses suggest a stronger response toward bioabsorption resulting from settling selection. Despite working with Sm and pH-tolerant strains, we observed an effect on fitness and photosynthesis inhibition when the strains were grown with Sm. Our results clearly show that phenotypic selection, such as settling selection, can significantly enhance Sm uptake. Laboratory selection of microalgae for rare-earth metal bioaccumulation and sorption can be a promising biotechnological approach., Depto. de Sanidad Animal, Depto. de Producción Animal, Fac. de Veterinaria, Centro de Vigilancia Sanitaria Veterinaria (VISAVET), TRUE, pub, APC financiada por la UCM

La acumulación de basura electrónica y la extracción de metales críticos son una fuente de contaminación creciente en todo el planeta. La recuperación de metales a partir de residuos es una necesidad y los residuos metálicos pueden convertirse en fuente de materias primas indispensables para el material tecnológico de última generación, evitando su acumulación en los ecosistemas terrestres y acuáticos. Los microorganismos son responsables del reciclaje en todos los ecosistemas del planeta. En los ecosistemas acuáticos las microalgas representan el 90% de la producción primaria del planeta y son unos organismos extraordinarios: unicelulares, haploides, fotosintéticos, con tiempos de generación cortos y organizados en grandes poblaciones siendo responsables de algunos de los ciclos biogeoquímicos más importantes. Son organismos muy antiguos y diversos adaptados a todo tipo de ambientes, capaces de degradar numerosas sustancias y de capturar metales..., E-scraps increase and the extraction of critical metals are growing pollution sources due to technological advances. Recovering metals from e-waste can be a real solution to avoid metal accumulation in terrestrial and aquatic ecosystems and give an outlet to the already accumulated garbage by transforming it into a source. Microorganisms are responsible for recycling in almost all ecosystems known on the planet. Microalgae represent 90% of the primary production in aquatic ecosystems. They are unicellular, haploid, and photosynthetic microorganisms that quickly grow in big populations. These ancient organisms are responsible for some of the biogeochemical cycles. It is a diverse group adapted to all types of mediums and capable of degrading and capturing metals...

La actividad humana ha creado disrupciones en los sistemas terrestres. Hay una gran pérdida de biodiversidad, acidificación de masas de agua, eutrofización y calentamiento global. Los cambios son tales que se ha acuñado el término “Antropoceno” para aludir al tiempo geológico actual. El futuro es incierto, pero se prevé que muchos ecosistemas se vean afectados. Los productores primarios son la base de los ecosistemas. Dentro de los productores primarios destacan las microalgas, los microorganismos fotosintetizadores, por su ubicuidad, diversidad e importancia ecológica. Además, suponen una gran ayuda a la hora de intentar paliar los efectos del calentamiento global al ser capturadores de dióxido de carbono. Desde la Revolución Industrial, la Humanidad ha emitido a la atmósfera cantidades ingentes de carbono, provocado por la quema de combustibles fósiles para obtener energía, y que ha originado desequilibrios que están desembocando en el calentamiento global. En la actualidad, se está apostando por la eliminación de los combustibles fósiles en la generación eléctrica y la movilidad, lo que no obstante lleva aparejado un incremento en la utilización de ciertos elementos químicos, como el uranio y el litio. Estos elementos cuentan a su vez con problemas medioambientales. El uranio es necesario para la energía nuclear de fisión, una fuente de energía eficiente y de bajas emisiones de CO2. Pero la minería y el procesamiento del uranio producen largas masas de agua ácida tóxica, creando ambientes extremos al aire libre. El litio es un elemento clave en la fabricación de baterías, pero también en el desarrollo de la energía nuclear de fusión. Sin embargo, serán necesarias nuevas formas de obtener y reciclar el litio para poder responder a la demanda con el menor perjuicio a los ecosistemas. A su vez, también se requieren nuevos métodos de enriquecimiento isotópico que hagan el proceso de obtención del isótopo 6Li más eficiente y sostenible, donde las microalgas podrían te

La acumulación de basura electrónica y la extracción de metales críticos son una fuente de contaminación creciente en todo el planeta. La recuperación de metales a partir de residuos es una necesidad y los residuos metálicos pueden convertirse en fuente de materias primas indispensables para el material tecnológico de última generación, evitando su acumulación en los ecosistemas terrestres y acuáticos. Los microorganismos son responsables del reciclaje en todos los ecosistemas del planeta. En los ecosistemas acuáticos las microalgas representan el 90% de la producción primaria del planeta y son unos organismos extraordinarios: unicelulares, haploides, fotosintéticos, con tiempos de generación cortos y organizados en grandes poblaciones siendo responsables de algunos de los ciclos biogeoquímicos más importantes. Son organismos muy antiguos y diversos adaptados a todo tipo de ambientes, capaces de degradar numerosas sustancias y de capturar metales...

La actividad humana ha creado disrupciones en los sistemas terrestres. Hay una gran pérdida de biodiversidad, acidificación de masas de agua, eutrofización y calentamiento global. Los cambios son tales que se ha acuñado el término “Antropoceno” para aludir al tiempo geológico actual. El futuro es incierto, pero se prevé que muchos ecosistemas se vean afectados. Los productores primarios son la base de los ecosistemas. Dentro de los productores primarios destacan las microalgas, los microorganismos fotosintetizadores, por su ubicuidad, diversidad e importancia ecológica. Además, suponen una gran ayuda a la hora de intentar paliar los efectos del calentamiento global al ser capturadores de dióxido de carbono. Desde la Revolución Industrial, la Humanidad ha emitido a la atmósfera cantidades ingentes de carbono, provocado por la quema de combustibles fósiles para obtener energía, y que ha originado desequilibrios que están desembocando en el calentamiento global. En la actualidad, se está apostando por la eliminación de los combustibles fósiles en la generación eléctrica y la movilidad, lo que no obstante lleva aparejado un incremento en la utilización de ciertos elementos químicos, como el uranio y el litio. Estos elementos cuentan a su vez con problemas medioambientales. El uranio es necesario para la energía nuclear de fisión, una fuente de energía eficiente y de bajas emisiones de CO2. Pero la minería y el procesamiento del uranio producen largas masas de agua ácida tóxica, creando ambientes extremos al aire libre. El litio es un elemento clave en la fabricación de baterías, pero también en el desarrollo de la energía nuclear de fusión. Sin embargo, serán necesarias nuevas formas de obtener y reciclar el litio para poder responder a la demanda con el menor perjuicio a los ecosistemas. A su vez, también se requieren nuevos métodos de enriquecimiento isotópico que hagan el proceso de obtención del isótopo 6Li más eficiente y sostenible, donde las microalgas podrían te, Human activities have created disruptions in terrestrial systems. There is a great loss in biodiversity, water bodies acidification, eutrophication and global warming. The changes are such that the term “Anthropocene” was coined to refer to the current geological time. The future is unclear, but it is predicted that many ecosystems will be affected. Primary producers are the foundation of ecosystems. Within primary producers, microalgae - photosynthesizing microorganisms -, are relevant due to their ubiquity, diversity and ecological importance. Furthermore, with respect to climate change they are a great help since microalgae capture carbon dioxide while growing. Since the Industrial Revolution, humankind has emitted to the atmosphere massive amounts of carbon caused by the fossil fuel combustion to obtain energy, provoking an imbalance that results in global warming. At present, power generation and mobility are directed towards carbon-free sources. However, this means an increase in the utilization of certain chemical elements such as uranium and lithium. These elements have their own environmental concerns. Uranium is needed for nuclear fission energy, an efficient and low-carbon energy source. However, mining and uranium processing create great bodies of toxic acid water, causing extreme environments in the open air. Lithium is a key element in the manufacturing of batteries, but also in the nuclear fusion energy development. Nevertheless, new ways of obtaining and recycling lithium will be needed to respond to the demand with the least possible environmental damage. At the same time, new isotopic enrichment methods are required to make the process of 6Li isotope obtainment more efficient and sustainable, where microalgae might have an important role given their broad biotechnological usefulness...

Los microorganismos son organismos modelo para el estudio de la evolución. Entender los procesos que operan modificando los microorganismos en el tiempo y como estos han transformado los organismos hasta la actualidad, pueden permitirnos abordar la problemática actual de pérdida de diversidad o ayudarnos a entender la complejidad de los organismos contemporáneos. Dentro de los trabajos enmarcados en esta tesis, hemos capitalizado la versatilidad de la evolución experimental como marco de investigación para abordar diferentes cuestiones adaptativas y evolutivas en microrganismos. Frente al desafío que representa la problemática del Cambio Global, hemos realizado diferentes experimentos de adaptación frente a estresantes antropogénicos (incremento de la temperatura, osmio, berilio y charcas minería de uranio) en el fitoplancton, a lo que se ha sumado un trabajo de revisión del estado actual del conocimiento. Las especies dentro del fitoplancton presentan una capacidad de adaptación diferencial, sin relación directa con el grupo taxonómico o el nicho ecológico. Los resultados obtenidos frente a presiones selectivas intensas, que implica una reducción drástica de la población, indican que la adaptación puede tener lugar gracias a mutantes presentes por azar dentro de las poblaciones naturales. Por tanto, en relación a los efectos del Cambio Global, la diversidad fitoplanctónica puede verse reducida, alterando la biogeografía futura de las poblaciones y favoreciendo a las especies con mayor plasticidad. Por otro lado, investigamos una transición evolutiva, como es el origen de la multicelularidad, bajo diferentes condiciones ecológicas. Por medio de una selección por sedimentación en S. cerevisiae, obtuvimos el fenotipo multicelular snowflake yeast a partir de su ancestro unicelular. La restricción nutricional no resultó limitante a la hora de obtener por selección fenotipo snowflake, ni implica una reversión hacia la unicelularidad a partir de un fenotipo snowflake. Sin

Los microorganismos son organismos modelo para el estudio de la evolución. Entender los procesos que operan modificando los microorganismos en el tiempo y como estos han transformado los organismos hasta la actualidad, pueden permitirnos abordar la problemática actual de pérdida de diversidad o ayudarnos a entender la complejidad de los organismos contemporáneos. Dentro de los trabajos enmarcados en esta tesis, hemos capitalizado la versatilidad de la evolución experimental como marco de investigación para abordar diferentes cuestiones adaptativas y evolutivas en microrganismos. Frente al desafío que representa la problemática del Cambio Global, hemos realizado diferentes experimentos de adaptación frente a estresantes antropogénicos (incremento de la temperatura, osmio, berilio y charcas minería de uranio) en el fitoplancton, a lo que se ha sumado un trabajo de revisión del estado actual del conocimiento. Las especies dentro del fitoplancton presentan una capacidad de adaptación diferencial, sin relación directa con el grupo taxonómico o el nicho ecológico. Los resultados obtenidos frente a presiones selectivas intensas, que implica una reducción drástica de la población, indican que la adaptación puede tener lugar gracias a mutantes presentes por azar dentro de las poblaciones naturales. Por tanto, en relación a los efectos del Cambio Global, la diversidad fitoplanctónica puede verse reducida, alterando la biogeografía futura de las poblaciones y favoreciendo a las especies con mayor plasticidad. Por otro lado, investigamos una transición evolutiva, como es el origen de la multicelularidad, bajo diferentes condiciones ecológicas. Por medio de una selección por sedimentación en S. cerevisiae, obtuvimos el fenotipo multicelular snowflake yeast a partir de su ancestro unicelular. La restricción nutricional no resultó limitante a la hora de obtener por selección fenotipo snowflake, ni implica una reversión hacia la unicelularidad a partir de un fenotipo snowflake. Sin, Globally, microorganisms play a key role in the maintenance of biogeochemical cycles and the status of ecosystems, particularly in aquatic environments where they act as primary producers. Microorganisms serve as model organisms for the study of evolution, they present an inherent importance due to its ecological role, ubiquity, its adaptive antecedents and preponderance throughout evolution. Understanding the processes that operate by modifying microorganisms over time and how they have modify living organisms until today, would enable as to tackle the current rate of loss of biological diversity or help us understand the complexity of contemporary organisms. Evolutionary processes can be address via experimental evolution, by means of controlled field or laboratory experiments. Evolution experiments make use of different organisms, often microorganisms, to examine evolutionary hypothesis, study adaptive processes and approach populations dynamics. Taking advantage of this methodology we can approach the issue of global change or to address evolutionary questions. Anthropogenic activities have reshaped and modified the ecosystems and the biosphere globally, becoming the current driving evolutionary force. In particular, is of primarily importance to study the effect of anthropogenic stressors in aquatic ecosystems. Phytoplankton is the base of the aquatic ecosystems, responsible of a significant amount of the atmospheric oxygen and plays an essential part in the “biological pump”, regenerating the atmospheric composition. Temperature increase and acidification, both in marine and freshwater environments, is a direct threaten to the aquatic ecosystems and indirectly to all the living forms on earth. Also the release of stressors, especially heavy metals, in aquatic environments result in a direct hazard to living forms, entailing a serious risk for the environments and human health. Phytoplankton is the base of the aquatic ecosystems, responsible of a significant am

In the current scenario of global change, the impact of anthropogenic stressors is affecting the aquatic ecosystems, especially essential microorganisms such as phytoplankton, driving toward a biodiversity crisis. Classic ecotoxicology studies, focused on the immediate tolerance to pollution, have provide an over simplistic understanding of the long time impact of pollutants on phytoplankton (because of the usual misconception that evolutionary changes can only take place at long-term), inadequate to enable a suitable environmental risk assessment (ERA). Currently, concepts such as predictive ecology and integrating strategies are rising rapidly in prominence with regard to forecasting phytoplankton response to human impact. This review compiles the state of the art of multigenerational and evolutionary experimental studies and the mechanisms that trigger rapid adaptation in phytoplankton to anthropogenic stressors, highlighting the importance of ecology and evolution. Ecological realisms is one of the challenging parts of the stressors hazard, considering the broad phytoplankton diversity and the multifactorial character of the natural ambiances. Field and community experiments contribute to a better discerning of ecology interactions and network relations. Moreover, laboratory experiments exploring evolutionary mechanisms that allow rapid adaptation to contaminants (e.g., fluctuation analysis or ratchet procedures) have proven to be useful linking concentration of pollutants and adaptation strategy. When environmental change exceeds the range of variation that can be coped with by organisms through plasticity, selection processes may occur and evolutionary dynamics take place. Ecology and evolution are necessary to enhance the ERA knowledge and novel experiments may well emerge from the when contemplated as whole.

El cambio global antropogénico, con sus consecuencias en contaminación y calentamiento global, está causando una extraordinaria pérdida de biodiversidad, conocida como la sexta gran extinción. Se sabe muy poco sobre los efectos de este cambio global en organismos tan importantes como el fitoplancton, pese a que son los responsables de la mitad de la producción primaria del planeta y controlan los ciclos biogeoquímicos del carbono, fósforo y nitrógeno. Entre los mayores contaminantes antropogénicos actuales se encuentran el petróleo y sus derivados, que tienen un gran efecto sobre los organismos fitoplanctónicos. El presente trabajo estudia la adaptación de los organismos fitoplanctónicos al petróleo y al diesel. Dada la diversidad del fitoplancton, trabajamos con diferentes especies que representan a distintos grupos funcionales-taxonómicos. En su primera parte, nuestro trabajo demuestra (mediante análisis de fluctuación) que el fitoplancton es capaz de adaptarse a bajas dosis de petróleo o diesel exclusivamente mediante mecanismos de aclimatación fisiológica. Sin embargo, a medida que las dosis de contaminante se incrementan, solo la aparición de nuevos mutantes que confieren resistencia, asegura la adaptación. Estos mutantes aparecen aleatoriamente antes de la exposición a los hidrocarburos. En ningún caso, ni el petróleo ni el gasoil, favorecen la aparición de resistentes. Además realizamos un estudio de la máxima capacidad de adaptación de estos organismos al petróleo y al diesel (mediante un procedimiento de Ratchet). Existen enormes diferencias en la capacidad de adaptación de las distintas especies, pero algunas de ellas logran adaptarse y proliferar en presencia de grandes dosis de contaminantes. En este apartado realizamos una contribución conceptual novedosa, determinando la respuesta a la selección y la heredabilidad (entendida como capacidad para responder a la selección). Finalmente, estudiamos la posibilidad de aprovechar en la práctica esta capacidad, Anthropogenic global change with its impact on global warming and pollution is causing an extraordinary loss of biodiversity (called The Sixth Great Extinction). Very little is known about the effects of global change on important organisms such as phytoplankton, although they are responsible for half of the primary production of the Earth, controlling the biogeochemical cycles of C, P and N. Among the biggest anthropogenic polluters are the crude oil and its derivatives, which have a great effect on phytoplankton organisms. This paper studies the adaptation of phytoplankton species to crude oil and diesel. Due to the diversity of phytoplanktonic species we work with diverse species representing different functional - taxonomic groups. The first part of our work demonstrates (through fluctuation analysis) that phytoplankton can adapt to low doses of oil or diesel only by mean of physiological acclimation mechanisms. However as contaminant doses are increased, only the appearance of new mutants conferring resistance ensures adaptation. These mutants appear randomly before the exposure to hydrocarbons. In any case, neither oil nor oil favor the emergence of resistant . We also perform a study to determine the maximun capability of these organisms to adapt to crude oil and diesel (by a process of Ratchet). There are huge differences in the adaptability of different species, but some of them were able to adapt and growth under large doses of pollutants. In this section we make a conceptual contribution by determining the response to selection and the heritability (defined as the ability to respond to selection). Finally we study the possibility of using this adaptability in the practice. Analytical results demonstrates that the selected organisms with high oil resistance are able to effectively degrade these hydrocarbons in a quick time. This fact opens interesting possibilities for practical applications.

El cambio global antropogénico, con sus consecuencias en contaminación y calentamiento global, está causando una extraordinaria pérdida de biodiversidad, conocida como la sexta gran extinción. Se sabe muy poco sobre los efectos de este cambio global en organismos tan importantes como el fitoplancton, pese a que son los responsables de la mitad de la producción primaria del planeta y controlan los ciclos biogeoquímicos del carbono, fósforo y nitrógeno. Entre los mayores contaminantes antropogénicos actuales se encuentran el petróleo y sus derivados, que tienen un gran efecto sobre los organismos fitoplanctónicos. El presente trabajo estudia la adaptación de los organismos fitoplanctónicos al petróleo y al diesel. Dada la diversidad del fitoplancton, trabajamos con diferentes especies que representan a distintos grupos funcionales-taxonómicos. En su primera parte, nuestro trabajo demuestra (mediante análisis de fluctuación) que el fitoplancton es capaz de adaptarse a bajas dosis de petróleo o diesel exclusivamente mediante mecanismos de aclimatación fisiológica. Sin embargo, a medida que las dosis de contaminante se incrementan, solo la aparición de nuevos mutantes que confieren resistencia, asegura la adaptación. Estos mutantes aparecen aleatoriamente antes de la exposición a los hidrocarburos. En ningún caso, ni el petróleo ni el gasoil, favorecen la aparición de resistentes. Además realizamos un estudio de la máxima capacidad de adaptación de estos organismos al petróleo y al diesel (mediante un procedimiento de Ratchet). Existen enormes diferencias en la capacidad de adaptación de las distintas especies, pero algunas de ellas logran adaptarse y proliferar en presencia de grandes dosis de contaminantes. En este apartado realizamos una contribución conceptual novedosa, determinando la respuesta a la selección y la heredabilidad (entendida como capacidad para responder a la selección). Finalmente, estudiamos la posibilidad de aprovechar en la práctica esta capacidad

Global warming represents a challenge to the survival of phytoplankton organisms, which are the basis of the aquatic food web and drive essential biogeochemical cycles. We propose a direct experimental research mimicking temperature-increasing scenarios as a novel way to explore the adaptation of phytoplankton to predicted future thermal scenarios. This vulnerability analysis of individual phytoplankton species to increased temperature is key to understand the impact of global warming on aquatic ecosystems. Considering the polyphyletic complexity of the phytoplankton community, we compare the adaptation ability of diverse phytoplankton species from oceanic, coastal and inland waters to global warming, evaluating the role played by physiological acclimatization and genetic adaptation. We found that physiological acclimatization allows survival under the lowest temperature increase. Afterwards pre-existing genetic variability allow some genotypes to survive. Finally, when the temperature rises to a certain threshold, only the occurrence of new mutations that confer thermal resistance assures adaptation. Our results also reveal diverse degrees of tolerance to temperature increase among the different functional groups of phytoplankton, with great inter-specific capacity for genetic adaptation.