In the next ten minutes, we will immerse ourselves in an amazing and beautiful marine world that's very often overlooked. I'd like to take you on a journey into the sea, looking at it from the perspective of its smallest inhabitants: the microbes. My goal is that after this short journey, you'll share my amazement at how deeply connected our lives are to these microscopic creatures and also perhaps my concern that these relationships are often neglected when it comes to making decisions and policies about our oceans.
En los próximos diez minutos, nos sumergiremos en un increíble y hermoso mundo marino que a menudo no se ve. Me gustaría llevarles a un viaje al mar, mirándolo desde la perspectiva de sus habitantes más pequeños: los microbios. Mi objetivo es que, después de este corto viaje, compartan mi asombro de lo profundamente conectadas que están nuestras vidas a estas criaturas microscópicas y también tal vez mi preocupación de que estas relaciones a menudo se descuidan cuando se trata de tomar decisiones políticas sobre nuestros océanos.
When you look out on a clear blue ocean, you're actually gazing at a microbial soup full of vibrant life. What you see here are marine bacteria buzzing about and exploring other members of the marine food web. To emphasize how small this world really is, I've added a white line to most of my slides that shows you the thickness of a single strand of human hair -- very tiny. An average teaspoon of clean seawater has five million bacteria and 50 million viruses in it. If I were to scoop up two gallons of seawater, there would be more bacteria in those two gallons than there are people on this planet. Take just a moment and think about how many gallons might make up an ocean. Or maybe I've already made your stomach turn, as you think of all of the seawater we've each accidentally swallowed over the years. But luckily, we rarely get sick from that seawater, because most marine microbes are working for us, not against us.
Cuando uno mira un océano azul claro, en realidad contempla una sopa microbiana llena de vida vibrante. Lo que se ve aquí son bacterias marinas zumbando y explorando otros miembros de la red alimentaria marina. Para enfatizar cuán pequeño es este mundo en realidad, he agregado una línea blanca a la mayoría de mis diapositivas que muestra el grosor de un solo pelo de cabello humano muy pequeño. Una cucharadita promedio de agua de mar limpia tiene cinco millones de bacterias y 50 millones de virus en él. Si recogiéramos 7,5 litros de agua de mar, habría más bacterias en esos 7,5 litros que personas en el planeta. Tómense un momento y piensen cuántos litros podrían formar un océano. O tal vez ya hice que tuvieran arcadas al pensar en toda el agua de mar que tragaron accidentalmente durante los años. Pero, afortunadamente, rara vez nos enfermamos con esa agua de mar, porque la mayoría de los microbios marinos trabajan para nosotros, no en contra nuestra.
One of my favorite examples is that they provide half of the oxygen we breathe. In middle school, we all learn to thank the trees. And admittedly, they may be more huggable than the microbes. But it turns out that land plants only create a quarter of the oxygen we breathe. Another quarter comes from macroalgae like kelp and a full 50% from the microbes. Take a deep breath in. Thank the trees. Take another deep breath in. Thank the macroalgae. Your next two breaths -- tip your hats to the microbes.
Uno de mis ejemplos favoritos es que proporcionan la mitad del oxígeno que respiramos. En la escuela media, todos aprendemos a agradecer a los árboles. Y es cierto que pueden ser más abrazables que los microbios. Pero resulta que las plantas terrestres solo crean una cuarta parte del oxígeno que respiramos. Otra cuarta proviene de macroalgas como algas marinas y un 50 % completo de los microbios. Respiren hondo. Agradézcanselo a los árboles. Respiren hondo de nuevo. Agradézcanselo a las macroalgas. A las siguientes dos respiraciones, hagan una reverencia a los microbios.
This picture is of a bacterium that happens to be the single most abundant photosynthesizer on our planet. It's called, "Prochlorococcus," and this is oceans' oxygen-producing powerhouse and, I might argue, one of the most amazing discoveries of recent marine microbiology. We didn't know it existed until 1988. All of human history has depended on this little microbe for the oxygen they breathe every day, no matter where or when they lived. And we've only been aware of that relationship for a mere 24 years. I find that astounding. How many more critical relationships are out there that we have yet to discover?
Esta imagen es de una bacteria que pasa a ser el fotosintetizador más abundante en nuestro planeta. Se llama "Prochlorococcus" y esta es la central de producción de oxígeno de los océanos y, se puede decir, uno de los descubrimientos más sorprendentes de la microbiología marina reciente. No sabíamos que existía hasta 1988. Toda la historia humana ha dependido de este pequeño microbio por el oxígeno que respiramos todos los días, sin importar dónde o cuándo vivieron. Y solo hemos estado al tanto de esa relación hace solo 24 años. Encuentro eso asombroso. ¿Cuántas relaciones críticas hay por ahí que aún están por descubrir?
I see our relationship with marine microbes as parallel in many ways to the relationship we have with microbes in our gut. We've all experienced the wrath of unhappy gut microbes at one point or another, perhaps food poisoning or tainted water. But we may be less aware of the connection we have with marine microbes and the physical discomforts we can feel when those communities change. As an extreme example: the disease cholera is caused by a bacterium that thrives in the ocean. So while most marine microbes are indeed helping us, there do remain plenty that are not. Our relationship with the ocean, much like our gut, is dependent on the right balance of microbes. The old phrase, "You are what you eat" applies to our ocean microbes as well.
Veo en nuestra relación con los microbios marinos muchos paralelismos a la relación que tenemos con los microbios en nuestro intestino. Todos hemos experimentado la ira de los microbios intestinales infelices en algún momento u otro, tal vez por intoxicación alimentaria o por agua contaminada. Pero somos menos conscientes de la conexión con los microbios marinos y las incomodidades físicas que podemos sentir cuando esas comunidades cambian. Un ejemplo extremo es la enfermedad del cólera es causada por una bacteria que prospera en el océano. Si bien la mayoría de los microbios marinos nos ayudan, muchos hay que no nos ayudan. Nuestra relación con el océano, al igual que nuestro intestino, depende del equilibrio correcto de microbios. La frase "Eres lo que comes" se aplica a nuestros microbios oceánicos también.
To give you a sense of what an overfed ocean may look like, here are two examples of me sampling seawater. On your left, it's a clean coral reef, and on your right is a nearly dead coral reef that has a very intense fish farming operation in the waters there. You'll notice I'm only smiling in one of these two pictures, and in the other one my dive buddy had to be a whole lot closer to capture that image. So if we were to take a drop of seawater from each of these samples and put it under the microscope, this is what the bacteria and viral communities would look like. So again, clean reef on your left, fish farm reef on your right. As we all have had a feeling of discomfort from imbalanced gut microbes, a fish swimming through a part of the ocean that has been overfed in this way -- in this case, by intense aquaculture, but it could be a sewage spill or fertilizer runoff or any number of other sources -- that fish will feel the physical discomforts of the ocean microbes being out of whack. There may be less oxygen present, there may be more pathogens there, and there may be toxins produced by some of these microbes. The bottom line is that from their tiny-scale existence, these tiny microbes have a very large-scale power to control how our ocean smells, how it tastes, how it feels and how it looks.
Para darles una idea de cómo se ve un océano sobrealimentado, aquí dos ejemplos de mí tomando muestras de agua de mar. A la izquierda, un arrecife de coral limpio, y a la derecha un arrecife de coral casi muerto que tiene una piscicultura muy intensa en las aguas de allí. Notarán que solo sonrío en una de estas dos imágenes, y en la otra, mi compañero de buceo tuvo que estar mucho más cerca para capturar esa imagen. Si tomamos una gota de agua de mar de cada una de estas muestras y la ponemos bajo el microscopio, así es como se ven las comunidades de bacterias y de virus. Otra vez, un arrecife limpio a la izquierda, y el arrecife de piscifactoría a la derecha. Como todos hemos tenido una sensación de incomodidad de microbios intestinales desequilibrados, un pez nadando por una parte del océano sobrealimentado de esta manera, en este caso, por acuacultura intensa, —podría ser por un vertido de aguas residuales o de fertilizantes o cualquier otra fuente—, ese pez sentirá las incomodidades físicas de los microbios oceánicos que están fuera de control. Puede haber menos oxígeno presente, puede haber más patógenos allí, y puede haber toxinas producidas por algunos de estos microbios. La conclusión es que a partir de su existencia a pequeña escala, estos pequeños microbios tienen un poder a gran escala para controlar cómo huele nuestro océano, cómo sabe, como se siente y cómo se ve.
If you take one idea away from my talk today, let it be this: we have an incredibly important relationship with these marine microbes that have very large-scale consequences, and we're just barely beginning to understand what that relationship looks like and how it may be changing. Just as a physician will have trouble curing a disease of unknown cause, we will have similar trouble restoring ocean health without understanding the microbes better. They are the invisible engineers that control the chemistry of the ocean and therefore, what creatures can live there, whether or not it's safe for us to swim there and all of the other characteristics we sense with our eyes, noses and taste buds. And the more we pay attention to these small but very numerous members of the ocean, the more we're learning they do indeed respond to human actions, such as in this fish farm example.
Si se toman una idea de mi charla de hoy, que sea esta: tenemos una relación increíblemente importante con estos microbios marinos que tienen consecuencias a gran escala. Y apenas hemos comenzado a entender cómo es esa relación y cómo puede estar cambiando. Así como un médico tendrá problemas para curar una enfermedad de causa desconocida, tendremos problemas similares para restaurar la salud del océano si no entendemos mejor los microbios. Son los ingenieros invisibles que controlan la química del océano y por lo tanto, qué criaturas pueden vivir allí, si es seguro para nosotros nadar allí y todas las otras cosas que percibimos con nuestros ojos, narices y papilas gustativas. Y cuanto más prestamos atención a estos pequeños pero muy numerosos miembros del océano, cuanto más aprendemos, más responden a las acciones humanas, como en este ejemplo de granja de peces.
Now, as the past few slides about coral reefs may have suggested, I do indeed spend much of my time as a researcher thinking about human-microbe interactions, specifically on coral reefs. It turns out, we're not alone in having our own protective community of microbes. Corals, along with most other organisms on this planet, have their own protective communities as well. However, rather than keeping theirs on the inside as we do in our gut, they keep theirs on the outside, to protect them from their surroundings So what you're seeing here is a three-dimensional image of a live spot on a living coral with all of its living bacteria, that I took with some exciting technology -- a high-speed laser-scanning confocal microscope. All of the red circles are the symbiotic algae that live inside the coral tissue, turning sunlight and into sugars they both can use, and all of the little blue dots are the protective bacteria. So when I use image analysis software to highlight the outer layer of the coral in white, you can see that there are still some tiny little blue dots above that layer. And those bacteria are sitting in a mucus layer, which is also part of the coral's protective layer.
Como pueden haber sugerido las últimas diapositivas de los arrecifes de coral, paso la mayor parte de mi tiempo investigando pensando en las interacciones humano-microbio, específicamente en los arrecifes de coral. Pero no somos los únicos en tener nuestra propia comunidad protectora de microbios. Los corales, junto con la mayoría de los otros organismos en este planeta, tienen sus propias comunidades protectoras también. Sin embargo, en vez de mantener el suyo en el interior como hacemos en nuestros intestinos, lo mantienen en el exterior, para protegerlos de su entorno Lo que ven aquí es una imagen tridimensional de un lugar vivo en un coral vivo con todas sus bacterias vivas, que tomé con tecnología emocionante, un microscopio confocal de escaneo láser de alta velocidad. Todos los círculos rojos son las algas simbióticas que viven dentro del tejido coralino, convirtiendo la luz del sol en azúcares que ambos pueden usar, y todos los pequeños puntos azules son las bacterias protectoras. Cuando uso software de análisis de imágenes para resaltar la capa externa del coral en blanco, se puede ver que todavía hay algunos pequeños puntos azules por encima de esa capa. Y esas bacterias están asentadas en una capa de moco, que también es parte de la capa protectora del coral.
From the bigger perspective, I spend my time thinking about these relationships, because too many reefs are going from looking like the picture on your left to the picture on your right. Believe it or not, the picture on your right remains a very popular tourist snorkeling spot on the island of Maui, even though it's lost most of its coral cover over the past decade or so. Corals are getting sick all around the globe at alarming rates, and we really don't know how or why. I see the microbes on the coral reefs, both the good ones and the bad ones, trying to link their micro-scale behaviors to this big picture of: How do we help the reef that looks like the right back towards something that looks more like the left? Or: How do we stop coral disease from spreading?
Desde una perspectiva mayor, me paso el tiempo pensando en estas relaciones, pues muchos más arrecifes en vez de verse como en la imagen de la izquierda se verán como en la imagen a su derecha. Por extraño que parezca, la imagen a la derecha sigue siendo un lugar turístico muy popular para bucear en la isla de Maui, a pesar de haber perdido la mayor parte de su capa de coral en la última década. Los corales se están enfermando en todo el mundo a un ritmo alarmante, y realmente no sabemos cómo ni por qué. Observo los microbios en los arrecifes de coral, tanto buenos como malos tratando de vincular sus comportamientos de micro escala a esta gran imagen de: ¿Cómo ayudamos a que el arrecife que se parece al derecho vuelva a ser algo parecido al izquierdo? O ¿cómo evitamos que la enfermedad de los corales se propague?
Just over a year ago, no one had ever seen a view like this. This video is a prime example of making the invisible visible. We're looking at a side view of the same coral as before, where the protective layer meets the seawater; so, seawater on your right, coral on your left. It's incredibly exciting to me that we can finally see these bacteria in real life, in real time, at their micro scale, and learn how they interact with the world around them. Ecologists all over the world are used to being able to grab a pair of binoculars and go out and observe what their study creatures do each day. But microbial ecologists have desperately needed breakthroughs in technology, such as with this fast confocal, to make similar observations. I work to find ways that cutting-edge technologies like this can help make the unseen seeable, to see marine bacteria in action and learn how they behave. In doing so, we can learn how they respond to our actions and our behaviors and the environment around them in ways that will help us better manage our oceans.
Hace poco más de un año, nadie había visto una vista como esta. Este video es un excelente ejemplo de hacer visible lo invisible. Estamos viendo una vista lateral del mismo coral que antes, donde la capa protectora se encuentra con el agua de mar; y el agua de mar a su derecha, coral a su izquierda. Me emociona mucho que finalmente podamos ver estas bacterias en la vida real, en tiempo real, en su micro escala, y para aprender cómo interactúan con el mundo que las rodea. Ecologistas de todo el mundo están acostumbrados a poder agarrar un par de binoculares y observar lo que sus criaturas de estudio hacen todos los días. Pero los ecólogos microbianos hemos necesitado desesperadamente avances en la tecnología, como este rápido confocal, para hacer observaciones similares. Trabajo para encontrar formas en que tecnologías de vanguardia como esta puedan ayudar a que lo invisible sea visible, para ver las bacterias marinas en acción y aprender cómo se comportan. Al hacerlo, podemos aprender cómo responden a nuestras acciones y comportamientos y el entorno que las rodea de maneras que nos ayudarán a gestionar mejor nuestros océanos.
Another example of how I'm doing this is by using microfluidics to study specifically how pathogens behave in the ocean. The basic idea behind microfluidics is that you can use nanofabrication techniques to recreate or mimic the conditions bacteria experience at their own tiny scale in the ocean. What you see here is a microfluidic chamber on a microscope slide with a microscope lens underneath it. We use high-speed video microscopy to record bacteria behavior. The colored tubing is where bacteria and seawater flow in and out of the device. And it's using a device like this that I recently discovered that a known coral pathogen actually has the ability to sniff around the seawater and hunt for corals. Here's the video of in action. You'll see all of the pathogens which are the tiny green dots on the left start detecting the coral mucus I put on the right side of the channel, and they swim quickly over in that direction and stay there. Up until now, it was thought that a pathogen would need some good luck to find its host in the ocean. But simply by watching and observing, we can learn that these bacteria are very well adapted to seeking out their victims.
Otro ejemplo de cómo lo hago es usando microfluidos para estudiar específicamente cómo se comportan los patógenos en el océano. La idea básica detrás de los microfluidos es que se pueden usar técnicas de nanofabricación para recrear o imitar las condiciones de la experiencia de las bacterias en su pequeña escala en el océano. Aquí ven una cámara de microfluidos en un portaobjetos de microscopio con una lente de microscopio debajo. Usamos video microscopía de alta velocidad para registrar el comportamiento de las bacterias. El tubo de color es donde fluyen las bacterias y el agua de mar dentro y fuera del dispositivo. Y usando un dispositivo como este fue que descubrí recientemente que un patógeno de coral conocido en realidad tiene la capacidad husmear el agua de mar y buscar corales. Aquí está el video en acción. Todos los patógenos que son los pequeños puntos verdes a la izquierda empiezan a detectar el moco de coral que puse en el lado derecho del canal, y nadan rápidamente en esa dirección y se quedan allí. Hasta ahora, se pensaba que un patógeno necesitaría buena suerte para encontrar su huésped en el océano. Pero simplemente observando y observando, podemos aprender que estas bacterias están muy bien adaptadas para buscar a sus víctimas.
These micro-channels are bringing us closer than ever before to understanding how bacteria navigate that big blue ocean. It turns out that this pathogen can even detect the coral mucus when I dilute it 20,000 fold. So these bacteria are very well adapted to hunting down these corals. I'm currently testing different environmental conditions to see what scenarios make this pathogen more or less capable of hunting corals. By learning more about what triggers the hunt, we should be able to find ways to help slow down or prevent this disease. There's also some evidence that the healthy microbes on the coral can fight off the pathogen if the conditions are right.
Estos microcanales nos posibilitan más que nunca entender cómo las bacterias navegan ese gran océano azul. Este patógeno incluso puede detectar el moco del coral cuando lo diluyo 20 000 veces. Y estas bacterias están muy bien adaptadas para cazar estos corales. Actualmente estoy probando diferentes condiciones ambientales para ver qué escenarios hacen que este patógeno sea más o menos capaz de cazar corales. Al aprender más sobre lo que desencadena la caza, deberíamos poder encontrar formas para ayudar a disminuir o prevenir esta enfermedad También hay algo de evidencia de que los microbios saludables en el coral pueden luchar contra el patógeno si las condiciones son correctas.
So, one final image of a coral and its healthy bacteria. I hope you've enjoyed this short journey into our microbial oceans and that the next time you look out at the sea, you'll take in a deep breath of fresh ocean air and wonder: What else are all of the unseen microbes doing to keep us and our oceans healthy?
Una imagen final de un coral y sus bacterias saludables. Espero que hayan disfrutado de este viaje a nuestros océanos microbianos y que la próxima vez que miren el mar, tomen una bocanada de aire fresco del océano y se pregunten: ¿Qué más están haciendo todos los microbios invisibles para mantenernos a nosotros y a nuestros océanos saludables?
Thank you.
Gracias.