Nueva visión del papel de los océanos en el ciclo global del carbono

ciclo del carbono marino

La superficie del océano almacena casi tanto carbono como existe en la atmósfera

Investigadores de microbiología de la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han arrojado nueva luz sobre los mecanismos del ciclo del carbono en el océano, utilizando un novedoso enfoque para rastrear qué microbios consumen diferentes tipos de carbono orgánico producido por especies comunes de fitoplancton.

La investigación es un paso importante para predecir cuánto carbono dejará el océano para la atmósfera como gas de efecto invernadero dióxido de carbono y cuánto terminará sepultado en sedimentos marinos, dijo Ryan Mueller, profesor asociado en el Departamento de Microbiología de la OSU y líder del estudio.

"Nuestra investigación muestra que las diferentes especies de microbios en el océano son muy particulares pero predecibles en las fuentes de alimentos que prefieren comer", dijo el primer autor Brandon Kieft, un recién graduado de doctorado en la Universidad Estatal de Oregón que ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia Británica.

"A medida que el cambio climático global continúa alterando los entornos oceánicos a un rápido ritmo, la disponibilidad de fuentes de alimentos para los microbios también cambiará, lo que en última instancia favorecerá a ciertos tipos sobre otros".

El fitoplancton son organismos microscópicos en la base de la cadena alimentaria del océano y un componente clave de una bomba de carbono biológica crítica. La mayoría flota en la parte superior del océano, donde la luz del sol puede alcanzarlos fácilmente.

Las diminutas plantas autótrofas, que producen su propio alimento, tienen un gran efecto sobre los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera al absorberlo durante la fotosíntesis. Es un sumidero natural y una de las principales formas en que el CO2, el gas de efecto invernadero más abundante, se elimina de la atmósfera. El dióxido de carbono atmosférico ha aumentado un 40% desde los albores de la era industrial, contribuyendo en gran medida al calentamiento del planeta.

"Estamos estudiando a los consumidores, los microbios heterótrofos, del material orgánico elaborado por los productores primarios, el fitoplancton microbiano", dijo Mueller. "Ambos grupos son microbios, el primero consume principalmente carbono orgánico como fuente de alimento, mientras que el segundo 'fija' su propio carbono orgánico. Los microbios forman la base de la red alimentaria y la bomba de carbono biológico, y nuestro trabajo se centra principalmente en explorar lo que los consumidores están haciendo en este sistema".

ciclo del carbono marino

Imagen: Representación de lo estudiado sobre el ciclo del carbono marino. Crédito: Universidad Estatal de Oregón

La superficie del océano almacena casi tanto carbono como existe en la atmósfera. A medida que el océano atrae dióxido de carbono atmosférico, el fitoplancton usa el CO2 y la luz solar para la fotosíntesis: los convierten en azúcares y otros compuestos que las células pueden usar para obtener energía, produciendo oxígeno en el proceso.

Este llamado carbono fijo constituye la dieta de microbios heterótrofos y organismos superiores de la red trófica marina como peces y mamíferos, que finalmente convierten el carbono de nuevo en CO2 atmosférico a través de la respiración o contribuyen a la reserva de carbono en el fondo del océano cuando mueren y se hunden.

La actividad respiratoria colectiva de los consumidores microbianos heterótrofos es la principal forma en que el carbono orgánico disuelto fijo del fitoplancton se devuelve a la atmósfera en forma de CO2.

Mueller, Kieft y colaboradores en los laboratorios nacionales de Oak Ridge y Lawrence Livermore y las universidades de Tennessee, Washington y Oklahoma utilizaron el etiquetado de isótopos estables para rastrear el carbono a medida que avanzaba hacia la materia orgánica producida por el fitoplancton y, en última instancia, los microbios heterótrofos que lo consumen.

Los científicos usaron esos isótopos para saber qué organismos estaban comiendo diatomeas y cuáles consumían cianobacterias, dos especies de fitoplancton que se combinan para producir la mayor parte del carbono fijo del océano. Los investigadores también pudieron saber cuándo se estaba produciendo el consumo; por ejemplo, a veces las células de fitoplancton producían sustancias conocidas como lisados durante su fase de muerte o exudados durante su fase de crecimiento.

"Nuestros hallazgos tienen importantes implicaciones para comprender cómo los microbios marinos y las algas fotosintéticas funcionan juntos para impactar el ciclo global del carbono y cómo esta red alimentaria oceánica puede responder al cambio ambiental continuo", dijo Kieft. "Esto nos ayudará a predecir cuánto carbono volverá a la atmósfera y cuánto quedará enterrado en los sedimentos marinos durante siglos".

Los hallazgos se publicaron ayer en Proceedings of the National Academy of Sciences: Phytoplankton exudates and lysates support distinct microbial consortia with specialized metabolic and ecophysiological traits

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