Autores: Sophie Bonnet, Mar Benavides, Frédéric A. C. Le Moigne, Mercedes Camps, Antoine Torremocha, Olivier Grosso, Céline Dimier, Dina Spungin, Ilana Berman-Frank, Laurence Garczarek, and Francisco M. Cornejo-Castillo
Te expandes hacia adentro y hacia afuera con cada ola salada, hasta que de repente la idea del almuerzo activa una punzada de hambre. Un rayo de luz sofoca la hambruna, y tomas un saciante bocado de dióxido de carbono acompañado de nitrógeno. Como una bacteria fotosintética fijadora de nitrógeno usas la energía del sol para convertir gas nitrógeno en nutrientes que tú y tus vecinos necesitan.
Los organismos fotosintéticos en el oceáno desempeñan un papel crucial en la regulación del clima terrestre ante el avance del cambio climático. A través de un proceso llamado la bomba biológica de carbono, el dióxido de carbono que estos microorganismos incorporan en sus células se puede hundir en el fondo del océano, removiendo ese carbono de la atmósfera por décadas a millones de años. Sin embargo, se necesita más que dióxido de carbono y luz solar para iniciar esta bomba. Estas células necesitan nitrógeno, y una categoria de microorganismo llamado diazótrofo convierte el gas nitrógeno en la atmósfera a amonio, la forma de nitrógeno que la mayoría de las células puede utilizar.
Por un largo tiempo, se pensaba que estos microorganismos transformadores de nitrógeno -diazótrofos- solamente desempeñan un papel indirecto en la captura de carbono por microorganismos marinos. Los científicos pensaban que los diazótrofos suplían la cadena alimenticia del océano con nitrógeno, pero no podían ser ellos mismos los que se hundían y almacenaban carbono en el oceáno profundo. Un nuevo artículo de acceso libre, de la autoría principal de Sophie Bonnet en la Université de Toulon en Francia cuestiona este paradigma y sus implicaciones para el cambio climático.
En un barco en el Océano Pacífico, Bonnet y el equipo recolectaron muestras de agua en un enorme contenedor de 1.5 metros de alto. Después de recolectar el agua, la dejaron reposar a bordo del barco por 2 horas. Esto permitió separar los microorganismos que se estaban hundiendo hacía el océano profundo. A continuación, ellos recolectaron agua del fondo del contenedor apra representar las células que se hunden rápidamente, el agua intermedia para representar las células que se hunden más lentamente, y el agua de la parte superior para representar células que no se hunden. El hundimiento puede ser resultado de la ingestión de las células por zooplancton, que luego son excretadas en gránulos fecales, de células agregadas, o de procesos metabólicos que reducen la flotabilidad. Al repetir este proceso en diferentes ubicaciones y profundidades, Bonnet et al. pudieron determinar cuáles diazótrofos estaban presentes y cuáles se estaban hundiendo activamente.
Para identificar los diferentes diazótrofos presentes, el equipo amplificó y secuenció un gen llamado nifH, que codifica para una parte de la enzima nitrogenasa. Esta enzima cataliza la conversión de gas dinitrógeno a amonio – una característica definitiva de los diazótrofos. Esta amplificación y secuenciación de un solo gen se puede hacer cualitativamente como una inspección para determinar cuáles genes están presentes en ese ambiente, o cuantitativamente, para entender el número relativo de copias del gen en ese ambiente. Este artículo utilizó ambas técnicas.
Utilizando las secuencias de nifH, los autores identificaron dos grupos principales de diazótrofos en sus muestras, fotosintéticos (células que pueden hacer fotosíntesis y fijar nitrógeno) y no fotosintéticos. Los diazótrofos fotosintéticos consisten principalmente en Trichodesmium, una bacteria filamentosa elongada, y un grupo diverso de cianobacterias unicelulares abreviado UCYN. Ambos grupos son diazótrofos marinos comunes. Sorprendentemente, en las inspecciones cualitativas, la mayoría de los diazótrofos no fotosintéticos fueron nuevos y no identificados. Este artículo advierte que sus análisis cuantitativos no podrían establecer la presencia de estas secuencias nifH no identificadas, y por lo tanto no se pueden obtener conclusiones sobre su abundancia.
El equipo encontró que los mismos diazótrofos presentes en la superficie del agua (identificados por sus secuencias nifH) también estaban presentes a profundidades de 1000 m, lo que indica que estas células fijadoras de nitrógeno se hunden en el océano profundo. Mientras que Trichodesmium y UCYN fueron abundantes en la superficie del agua, muestras del material precipitado del recolector de 1.5m de agua indicaron que las células UCYN más pequeñas se hunden más eficientemente. Esto parece contradecir la idea previa de que las células grandes se hunden más rápido que las pequeñas, y por lo tanto contribuyen más a la captura de carbono. Para solucionar esta aparente paradoja, el equipo examinó el material que se estaba precipitando hacia el océano profundo bajo el microscopio. Observaron células UCYN agrupadas en agregados grandes de cientos de células, cuyo tamaño grande probablemente explique su eficiencia para hundirse. La agregación de la materia orgánica es crítica para facilitar el transporte del carbono al océano profundo. El hecho de que diazótrofos ubicos, como las células UCYN, se agregen y hundan, es inesperado e indica que estos organismos contribuyen más de lo anticipado a la bomba biológica de carbono.
Los hallazgos de Bonnet y su equipo sientan las bases para redefinir el papel que los diazótrofos marinos juegan en la cadena alimenticia marina y en la captura de carbono. Las células UCYN hacen parte de los diazótrofos más abundantes en el océano, y su investigación indica que son exportadas eficientemente de la superficie a la profundidad del oceáno. Mientras que Trichodesmium se hunde menos eficientemente, también fueron encontradas hundiéndose y a profundidades que indican que este diazótrofo ubicuo también está directamente involucrado en la bomba biológica de carbono. Adicionalmente, el descubrimiento de secuencias nifH no identificadas implica que puede haber otros diazótrofos importantes. A pesar de que se pensaba que los diazótrofos solamente proporcionaban recursos a la bomba biológica de carbono al ser una fuente de nutrientes para los organismos fotosintéticos, ¡los diazótrofos mismos pueden estar hundiéndose, llevando carbono al océano profundo, y ayudando a contrarrestar el cambio climático!
Un nuevo rol de los fijadores de nitrógeno en la captura de carbono en el océano © 2024 por William Christian está protegido por una licencia CC BY-SA 4.0