Las bacterias no se limitan a comer cualquier tipo de lípido sino que son muy especializadas
El movimiento del dióxido de carbono (CO2) desde la superficie del océano, donde está en contacto activo con la atmósfera, hasta las profundidades del océano, donde puede quedar secuestrado durante décadas, siglos o más, depende de una serie de procesos aparentemente pequeños.
Uno de estos procesos clave a microescala son las preferencias dietéticas de las bacterias que se alimentan de moléculas orgánicas llamadas lípidos.
"En nuestro estudio, encontramos una increíble variación en lo que los diferentes microbios prefieren digerir. Las bacterias parecen tener preferencias dietéticas muy distintas para diferentes moléculas lipídicas. Esto tiene implicaciones reales para comprender el secuestro de carbono y la bomba biológica de carbono", dijo el coautor del artículo, Benjamin Van Mooy, científico senior del Departamento de Química Marina y Geoquímica del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI).
"Este estudio utilizó métodos de última generación para vincular la composición molecular de la biomasa que se hunde con sus tasas de degradación, lo que pudimos vincular con las preferencias dietéticas de las bacterias", continuó Van Mooy. La bomba biológica de carbono es un proceso mediante el cual la biomasa se hunde desde la superficie del océano hasta las profundidades del océano.
Entre el 5 y el 30% de la materia orgánica particulada de la superficie del océano está compuesta de lípidos, que son biomoléculas de ácidos grasos ricos en carbono que los microbios utilizan para el almacenamiento de energía y las funciones celulares. A medida que la materia orgánica se hunde en las profundidades del mar, diversas comunidades de microbios residentes degradan y utilizan los lípidos, ejerciendo un importante control sobre las concentraciones globales de CO2.
Comprender este proceso es fundamental para mejorar nuestra capacidad de predecir los flujos globales de carbono en los regímenes oceánicos cambiantes. Las áreas geográficas en las que más lípidos llegan a las profundidades oceánicas sin degradarse podrían ser puntos críticos para el secuestro natural de carbono.
Imagen: La degradación bacteriana afecta la exportación de lípidos que se hunden desde el fitoplancton. (Izquierda) Se extrajeron del fitoplancton gotitas de lípidos que contenían diversas moléculas. (Centro) Las gotas fueron expuestas a bacterias que exhibieron preferencias por degradar moléculas lipídicas a diferentes velocidades, que cambiaron cuando las bacterias interactuaron. (Derecha) Las gotas modeladas (con lastre para provocar hundimiento) mostraron cómo las preferencias e interacciones podrían afectar la exportación de lípidos en el océano.
"Las bacterias aisladas de partículas marinas exhibieron distintas preferencias dietéticas, que iban desde degradadores selectivos hasta promiscuos", afirma el artículo. "Utilizando comunidades sintéticas compuestas de aislamientos con distintas preferencias dietéticas, demostramos que la degradación de lípidos está modulada por interacciones microbianas. Un modelo de exportación de partículas que incorpora estas dinámicas indica que la especialización metabólica y la dinámica de la comunidad pueden influir en la eficiencia del transporte de lípidos en la zona mesopelágica del océano. La zona mesopelágica se extiende unos 200-1.000 metros por debajo de la superficie del océano.
"Me emocionó ver cuánto hay que aprender sobre el funcionamiento del océano combinando dos tecnologías (análisis químico de alta tecnología e imágenes a microescala) que históricamente nunca se han utilizado juntas", dijo el coautor Roman Stocker, profesor del Instituto de Ingeniería Ambiental, Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Geomática, ETH Zurich, Suiza.
"Creo que el trabajo en la interfaz entre las apasionantes tecnologías que ahora tenemos disponibles en oceanografía microbiana seguirá produciendo importantes conocimientos sobre cómo los microbios dan forma a nuestros océanos, ahora y en el futuro".
Imagen derecha: Los coautores principales Lars Behrendt (izquierda; ETH-Zúrich) y Jon Hunter (derecha; WHOI) a bordo del R/V Neil Armstrong, tomando muestras de partículas que se hunden para realizar análisis de lípidos. Crédito: Helen Fredricks, Woods Hole Oceanographic Institution
"Los científicos están empezando a comprender que los lípidos en el océano pueden variar significativamente dependiendo de diferentes entornos, como la costa versus el océano abierto, y la estación", dijo Van Mooy. "Con esta información, los investigadores pueden empezar a considerar si hay lugares en el océano donde los lípidos se hunden y son secuestrados de manera muy eficiente, mientras que puede haber otros lugares donde los lípidos apenas son secuestrados o lo son de manera muy ineficiente".
"Lo que me entusiasma de este artículo es que muestra que las bacterias no se limitan a comer cualquier tipo de lípido, sino que son muy especializadas y, como nosotros, tienen preferencias alimentarias específicas", dijo el coautor del artículo Lars Behrendt, profesor asociado y miembro de SciLifeLab en el Laboratorio de Ciencias para la Vida, Departamento de Biología de Organismos, Universidad de Uppsala, Suecia.
"Esto cambia la forma en que pensamos sobre cómo los microorganismos consumen alimentos en su entorno natural y cómo podrían ayudarse entre sí o competir por el mismo recurso. También apoya la idea de que las combinaciones de bacterias descomponen mejor compuestos específicos, incluidos los lípidos, o logran otras funciones deseadas".
Imagen: Células de fitoplancton (Phaeodactylum tricornutum, una diatomea) con gotitas de lípidos en el interior de cada célula, que aparecen como esferas ligeramente amarillas. (Crédito de la imagen: Steven Smriga, ETH-Zürich)
Además de estudiar especies específicas de bacterias de forma aislada, los investigadores también analizaron cómo la preferencia dietética afecta las tasas de degradación de las comunidades multiespecies de bacterias lo que, según afirmaron, es ecológicamente más relevante que las especies aisladas. Los investigadores descubrieron que los cocultivos sintéticos simples exhibían diferentes tasas de degradación y tiempos de retraso en comparación con los monocultivos. Los investigadores también señalaron que la degradación de la materia orgánica particulada en el entorno natural es aún más compleja que lo que se describe en el estudio.
"El fitoplancton es la principal razón por la que el océano es uno de los mayores sumideros de carbono. Estos organismos microscópicos desempeñan un enorme papel en el ciclo del carbono del mundo, ya que absorben casi tanto carbono como todas las plantas terrestres juntas", dijo el coautor Uria Alcolombri, profesor titular en el Instituto de Ciencias de la Vida Alexander Silberman, Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales, Universidad Hebrea de Jerusalén, Israel.
"Es fascinante que podamos estudiar pequeños procesos microbianos bajo el microscopio mientras descubrimos los factores biológicos que regulan este enorme 'sistema digestivo' del océano".
La investigación titulada "Microbial dietary preference and interactions affect the export of lipids to the deep ocean", se ha publicado en Science.
