Los microbios del océano juegan un importante papel en la moderación de la temperatura de la Tierra

chimeneas de carbonato

Las comunidades microbianas consumen metano, un potente gas de efecto invernadero

El metano es un potente gas de efecto invernadero que juega un papel clave en el clima de la Tierra. Cada vez que usamos gas natural, ya sea que enciendas la estufa de la cocina o la barbacoa, usamos metano.

Solo tres fuentes en la Tierra producen metano de forma natural: volcanes, interacciones subsuperficiales agua-roca y microbios. Entre estas tres fuentes, la mayoría es generada por microbios, que han depositado cientos de gigatoneladas de metano en el fondo marino profundo.

En el fondo marino, el metano se filtra hacia arriba, hacia el océano abierto, y las comunidades microbianas consumen la mayor parte de este metano antes de que llegue a la atmósfera. A lo largo de los años, los investigadores están encontrando cada vez más metano bajo el lecho marino, pero muy poco sale de los océanos y llega a la atmósfera. ¿A dónde va el resto?

Un equipo de investigadores dirigido por Jeffrey J. Marlow, ex investigador postdoctoral en Biología Organísmica y Evolutiva en la Universidad de Harvard, descubrió comunidades microbianas que consumen rápidamente el metano, evitando su escape a la atmósfera terrestre.

El estudio recolectó y examinó microbios que comen metano de siete filtraciones del lecho marino geológicamente diversas y encontró, lo más sorprendente, que las rocas carbonatadas de un sitio en particular albergan comunidades microbianas oxidantes de metano con las tasas más altas de consumo de metano medido hasta la fecha.

"Los microbios en estas rocas carbonatadas están actuando como un biofiltro de metano que lo consume todo antes de que salga del océano", dijo el autor principal Peter Girguis, profesor de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard. Los investigadores han estudiado durante décadas los microbios que viven en los sedimentos del lecho marino y saben que estos microbios consumen metano. Este estudio, sin embargo, examinó con gran detalle los microbios que prosperan en las rocas carbonatadas.

Las rocas carbonatadas del fondo marino son comunes, pero en lugares selectos forman estructuras inusuales parecidas a chimeneas. Estas chimeneas alcanzan de 12 a 60 pulgadas de altura y se encuentran en grupos a lo largo del lecho marino que se asemejan a un grupo de árboles. A diferencia de muchos otros tipos de rocas, estas rocas carbonatadas son porosas y crean canales que albergan una comunidad muy densa de microbios consumidores de metano. En algunos casos, estos microbios se encuentran en densidades mucho más altas dentro de las rocas que en el sedimento.

Durante una expedición de 2015 financiada por Ocean Exploration Trust, Girguis descubrió un arrecife de chimenea de carbonato frente a la costa del sur de California en el sitio de aguas profundas Point Dume. Girguis regresó en 2017 con fondos de la NASA para construir un observatorio del fondo marino. Al unirse al laboratorio de Girguis, Marlow, actualmente profesor asistente de biología en la Universidad de Boston, estaba estudiando microbios en carbonatos. Los dos decidieron realizar un estudio comunitario y recolectar muestras del sitio.

estudio geológico de rocas carbonatadas

Imagen: Una descripción general de los siete sitios en cuatro entornos geológicos distintos que se muestrearon en este estudio.

"Medimos la velocidad a la que los microbios de los carbonatos comen metano en comparación con los microbios en el sedimento", dijo Girguis. "Descubrimos que los microbios que viven en los carbonatos consumen metano 50 veces más rápido que los microbios en el sedimento. A menudo vemos que algunos microbios de sedimentos de volcanes de lodo ricos en metano, por ejemplo, pueden ser de cinco a diez veces más rápidos para comer metano, pero 50 veces más rápido es algo completamente nuevo. Además, estas tasas se encuentran entre las más altas, si no las más altas, que hemos medido en cualquier lugar".

"Estas tasas de oxidación o consumo de metano son realmente extraordinarias, y nos propusimos entender por qué", dijo Marlow.

El equipo descubrió que la chimenea de carbonato establece un hogar ideal para que los microbios coman mucho metano muy rápido. "Estas chimeneas existen porque algo de metano en el fluido que fluye desde el subsuelo es transformado por los microbios en bicarbonato, que luego puede precipitar del agua de mar en forma de roca carbonatada", dijo Marlow. "Todavía estamos tratando de averiguar de dónde proviene ese fluido y su metano".

Los microambientes dentro de los carbonatos pueden contener más metano que el sedimento debido a su naturaleza porosa. Los carbonatos tienen canales que constantemente irrigan a los microbios con metano fresco y otros nutrientes, lo que les permite consumir metano más rápido. En los sedimentos, el suministro de metano a menudo es limitado porque se difunde a través de canales más pequeños y sinuosos entre los granos minerales.

Un hallazgo sorprendente fue que, en algunos casos, estos microbios están rodeados de pirita, que es conductora de electricidad. Una posible explicación de las altas tasas de consumo de metano es que la pirita proporciona un conducto eléctrico que pasa electrones de un lado a otro, lo que permite que los microbios tengan tasas metabólicas más altas y consuman metano rápidamente.

chimenea de carbonato

Imagen: Una chimenea de carbonato en la filtración de metano de Point Dume en el sur de California está cubiertas con coloridas esteras microbianas e impregnadas de microbios que comen metano. Crédito: Schmidt Ocean Institute (permiso para usar con la cita adecuada)

"Estas tasas muy altas son facilitadas por estos carbonatos que proporcionan un marco para que crezcan los microbios", dijo Girguis. "El sistema se asemeja a un mercado donde los carbonatos permiten que un montón de microbios se agreguen en un lugar y crezcan e intercambien, en este caso, intercambiar electrones, lo que permite un mayor consumo de metano".

Marlow estuvo de acuerdo: "Cuando los microbios trabajan juntos, o intercambian componentes básicos como el carbono o el nitrógeno, o intercambian energía. Y una forma de hacerlo es a través de electrones, como una moneda de energía. La pirita intercalada a lo largo de estas rocas carbonatadas podría ayudar a que el intercambio de electrones ocurra de manera más rápida y amplia".

En el laboratorio, los investigadores colocaron los carbonatos recolectados en reactores de alta presión y recrearon las condiciones en el fondo del mar. Les dieron metano marcado isotópicamente con carbono-14 o deuterio (hidrógeno-2) agregado para rastrear la producción y el consumo de metano. A continuación, el equipo comparó los datos de Point Dume con seis sitios adicionales, desde el Golfo de México hasta la costa de Nueva Inglaterra. En todos los lugares, las rocas carbonatadas en las filtraciones de metano contenían microbios que se alimentan de metano.

"A continuación, planeamos desenredar cómo lo hacen posible cada una de estas diferentes partes de los carbonatos (la estructura, la conductividad eléctrica, el flujo de fluidos y la densa comunidad microbiana). Por ahora, no sabemos la contribución exacta de cada uno", dijo Girguis.

"Primero, necesitamos entender cómo mantienen estos microbios su tasa metabólica, ya sea que estén en una chimenea o en el sedimento. Y necesitamos saber esto en nuestro mundo cambiante para construir nuestro poder predictivo", dijo Marlow. "Una vez que aclaramos cómo estos muchos factores interconectados se unen para convertir el metano en roca, podemos preguntarnos cómo podemos aplicar estos microbios anaeróbicos que comen metano a otras situaciones, como vertederos con fugas de metano".

El estudio ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences: Carbonate-hosted microbial communities are prolific and pervasive methane oxidizers at geologically diverse marine methane seep sites

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