La ficosfera corresponde al microambiente que rodea a las células del fitoplancton . Es una zona enriquecida en nutrientes y moléculas orgánicas exudadas por la célula. Esta región dinámica y específica es el sitio de interacciones de diferentes tipos entre bacterias y fitoplancton, como mutualismo, comensalismo, parasitismo, antagonismo y competencia. Es una interfaz para el intercambio de numerosos metabolitos entre los dos organismos, con la presencia de señales de comunicación química.
El tamaño de la ficosfera está directamente relacionado con el de la célula de fitoplancton y puede verse afectado por diversos parámetros físicos y químicos, como la turbulencia ambiental o la naturaleza de los exudados celulares.
Debido a la naturaleza de las interacciones que ocurren allí, a menudo se compara con la rizosfera de las plantas terrestres.
La exudación de las células del fitoplancton se produce por transporte activo o pasivo. La naturaleza de los exudados es diversa. Los gases, disolventes y pequeñas moléculas hidrófobas se difunden pasivamente a través de las membranas celulares, mientras que las macromoléculas, como las proteínas, se traslocan fuera de la célula tras la síntesis. El transporte de moléculas polares o cargadas, como los aminoácidos, requiere transportadores de membrana e implica un coste energético para las células de fitoplancton.
Las características fisicoquímicas de las moléculas determinan su velocidad de difusión a través de la membrana y dentro de la ficosfera. Por tanto, las moléculas de mayor peso molecular se difundirán más lentamente, aumentando así su tiempo de residencia dentro de la ficosfera. Asimismo, las moléculas hidrófilas se difundirán en el agua de mar más rápido que las moléculas hidrófobas. Entre estas moléculas hidrófobas, encontramos una gran cantidad de moléculas de señalización.
La naturaleza de los compuestos excretados por las células del fitoplancton depende de su estado fisiológico. Durante la fase de crecimiento, se excretan moléculas solubles de bajo peso molecular, y corresponden a un gran número de moléculas potencialmente quimioatrayentes para las bacterias. Durante la fase de senescencia, moléculas de mayor peso molecular como proteínas, lípidos y polisacáridos se liberan a la ficosfera, por exudación o lisis celular.
La colonización de la ficosfera por bacterias puede tener lugar de diferentes formas.
Las bacterias y el fitoplancton se encuentran al azar. Las bacterias inmóviles evolucionan en movimiento browniano e interactúan con el fitoplancton presente en el medio ambiente.
Ciertas bacterias móviles, que comprenden uno o más flagelos, el movimiento en el medio mejorará significativamente estas posibilidades de encuentro.
Muchas bacterias marinas han desarrollado quimiotaxis con mayor sensibilidad a gradientes químicos específicos en la columna de agua, lo que resultará en una mayor tasa de colonización del fitoplancton.
La transmisión vertical puede tener lugar cuando las bacterias presentes en la célula madre colonizan las células hijas.
El mantenimiento de la proximidad necesaria para el intercambio de moléculas y señales se puede lograr uniendo bacterias a las células del fitoplancton (epífitas) o incluso dentro de las células (endófitas).
La competencia interespecífica se refiere al acceso a nutrientes inorgánicos e involucra diferentes mecanismos de defensa.
Así, algunas bacterias han desarrollado una actividad algicida que se manifiesta a través de varios procesos:
- excreción de proteasas bacterianas extracelulares seguida de lisis de células de fitoplancton
- la unión de bacterias al fitoplancton, asociada a una transferencia de moléculas, aumenta la exudación de materia orgánica e inhibe la división celular.
Estas interacciones beneficiosas para los dos organismos pueden ser obligatorias u oportunistas.
Existe una gran diversidad de interacciones de mutualismo. Por lo general, implican una acumulación de materia orgánica a cambio de ciertos nutrientes esenciales. Podemos citar el caso de especies de fitoplancton incapaces de sintetizar ciertos compuestos esenciales como la vitamina B12, y que se asociarán con ciertos tipos de bacterias a cambio de materia orgánica resultante de la fotosíntesis.
Lo mismo ocurre con la absorción de hierro por los sideróforos bacterianos en beneficio del fitoplancton.
Otras interacciones involucran procesos de desintoxicación como la eliminación de especies reactivas de oxígeno por bacterias en el fitoplancton.