El agua pesada (DO) es escasa en la naturaleza y, a pesar de su similitud física con el agua, el DO interfiere con la función celular debido al efecto del isótopo. Mientras que los microbios pueden sobrevivir en DO casi puro, los eucariotas son más sensibles y no pueden sobrevivir a concentraciones más altas de DO. Para explorar los mecanismos moleculares subyacentes a estas diferencias, realizamos un análisis proteómico comparativo de , , y después de 180 minutos de crecimiento en un medio suplementado con DO. Se identificaron mecanismos adaptativos compartidos entre estas especies, incluidos cambios en las abundancias de proteínas ribosomales, acumulación de chaperonas y metabolismo alterado de poliaminas y aminoácidos. Sin embargo, mostraron vulnerabilidades únicas, como una respuesta al estrés atenuada, falta de activación rápida del metabolismo de especies reactivas de oxígeno y agotamiento de componentes de señalización de la fitohormona del estrés ácido abscísico. Experimentos con mutantes muestran que la modulación de la composición del pool de HSP70 puede promover la resiliencia al DO. Además, se incorporó rápidamente deuterio en sacarosa, lo que indica que la fotosíntesis facilita la ingesta de deuterio. Estos hallazgos proporcionan valiosos conocimientos sobre los mecanismos moleculares que dictan la tolerancia diferencial al DO entre especies y sientan las bases para estudios adicionales sobre los efectos biológicos de isótopos poco comunes, con posibles implicaciones para la biotecnología y la ciencia ambiental.