Producen un compuesto orgánico de azufre que cuando se degrada libera importantes gases para el enfriamiento del clima
Un estudio dirigido por científicos sudafricanos revela que, durante el invierno, el hielo marino que rodea la Antártida alberga una reserva de microbios, la mayoría de los cuales tienen algo en común: la capacidad de producir y descomponer un compuesto conocido por proteger a los organismos en entornos extremos.
El compuesto, conocido como DMSP (dimetilsulfoniopropionato), es uno de los compuestos orgánicos de azufre más abundantes en el medio marino de la Tierra. Además de su capacidad para proteger a los organismos contra los factores de estrés ambiental, su degradación produce dimetilsulfuro (DMS) y metanotiol (MeSH), importantes gases para el enfriamiento del clima.
En las regiones polares, sin embargo, el papel del DMSP sigue sin estudiarse a fondo. En el caso del Océano Austral, el hielo marino se ha considerado hasta hace poco un entorno inhóspito cuyas comunidades microbianas contribuyen poco a la ecología de la región polar.
En un nuevo estudio los científicos revelan concentraciones de DMSP hasta 38 veces mayores en el hielo marino del Océano Austral en comparación con las aguas marinas circundantes durante el invierno austral del Océano Austral. Este hallazgo es importante porque, en su punto máximo en septiembre, el hielo se extiende hasta cubrir unos 20 millones de km2, rodeando el continente antártico en un anillo de hielo de entre 400 y 1.900 km de ancho.
El estudio fue dirigido por científicos de la Universidad de Stellenbosch en Sudáfrica, en colaboración con científicos del Reino Unido e Italia.
Vídeo: Diversos videoclips de muestreo en el Océano Austral desde el buque de investigación SA Agulhas II. Crédito: Dra. Mayi Buthelezi
El hielo marino del Océano Austral, un reservorio de DMSP
Mayi Buthelezi, microbióloga marina de la Universidad de Stellenbosch y primera autora del artículo, afirma que sus hallazgos revelan que el hielo marino antártico es un reservorio concentrado de DMSP.
"Junto con estas altas concentraciones de DMSP, también encontramos una gran cantidad de genes marcadores de algas que codifican la producción de DMSP, así como diversos productores bacterianos previamente desconocidos. Estos procesos son fundamentales para mantener las adaptaciones ecológicas y fisiológicas de los microorganismos en estos entornos extremos", explica Buthelezi.
Sus hallazgos revelan rutas metabólicas generalizadas para el ciclo del DMSP en los microbios del hielo marino del Océano Austral. Además, subrayan el papel de este entorno aparentemente inhabitable como reservorio dinámico y centro de transformación que influye en los ciclos de enfriamiento climático en la región polar.
Imagen: La Dra. Mayi Buthelezi, microbióloga marina de la Universidad de Stellenbosch, recolectando muestras de núcleos de hielo marino del Océano Austral en julio de 2022. Crédito: Prof. Oliver Mogase.
Thulani Makhalanyane, titular de la cátedra de investigación sudafricana en Innovación del Microbioma Africano en la Universidad de Stellenbosch y autor principal, afirma que sus hallazgos contribuyen a nuestra comprensión del papel del Océano Austral en términos de ciclos globales de nutrientes y control climático.
"Siguen estando infravaloradas las contribuciones específicas de las comunidades microbianas a los sistemas terrestres. Hasta ahora, básicamente solo hemos intentado describir qué tipos de microorganismos hay en el Océano Austral y en qué se diferencian de los que se encuentran en otros ecosistemas marinos que no se limitan a oligoelementos como el hierro y el manganeso".
"Con este estudio, demostramos cómo las comunidades microbianas contribuyen al reciclaje de importantes compuestos relacionados con el azufre, lo cual tiene un significativo impacto en el enfriamiento del clima. Ahora necesitamos encontrar maneras de incorporar estas comunidades microbianas como componentes de los modelos del sistema terrestre para facilitar las predicciones", explica.
Stéphane Pesant, coautora y conservadora jefa de datos marinos del Instituto Europeo de Bioinformática (EMBL-EBI) en el Reino Unido, afirma que los resultados de este estudio aportaron conocimientos clave al proyecto de investigación e innovación AtlantECO (Evaluación, previsión y sostenibilidad de los ecosistemas del Atlántico), una colaboración entre científicos de Sudáfrica, Brasil y Europa.
"Con la reciente expansión de las infraestructuras de datos, las habilidades bioinformáticas y la inteligencia artificial, estamos empezando a aprovechar un valioso conjunto de datos históricos y a identificar importantes lagunas en la cobertura geográfica de esas observaciones. Este estudio contribuye a subsanar esas deficiencias", añade.
Vídeo: Primer plano de hielo marino con forma de panqueque en el Océano Austral. Crédito: Dra. Mayi Buthelezi
Muestreo del Océano Austral en invierno
Las muestras para el estudio se recolectaron durante la expedición invernal austral del Experimento Estacional del Océano Austral (SCALE) a bordo del buque de investigación polar SA Agulhas II, del 11 al 22 de julio de 2022.
Durante el invierno austral, el hielo marino del Océano Austral se extiende mucho más allá de su límite norte. Sumado a algunos de los vientos más fuertes del planeta, resulta muy difícil acceder a esta región en esta época para recolectar muestras. Por ello, este tipo de datos tiene un valor excepcionalmente alto (en comparación con la sobrerrepresentación de los datos recopilados durante el verano).
Buthelezi, que participó en esta expedición, afirma que su primer objetivo era determinar la estructura, composición y abundancia de microorganismos durante esta época del año. Sin embargo, pronto se hizo evidente que también necesitaría comprender la importancia ecológica de encontrar concentraciones tan elevadas de DMSP en este entorno.
"Aunque la producción de DMSP es exclusiva de algunos grupos microbianos, el proceso no es metabólicamente costoso", explica.
"En condiciones de estrés, cuando los organismos no pueden permitirse gastar un exceso de energía en el crecimiento, expresan vías metabólicas para la síntesis intracelular o la importación extracelular de DMSP como mecanismo de amortiguación para sobrevivir. Al mismo tiempo, el DMSP es una fuente vital de carbono y azufre para los microorganismos, lo que explica aún más las múltiples funciones del DMSP dentro de los microbios atrapados en el hielo marino".
Imagen derecha: El metabolismo del dimetilsulfoniopropionato moldea la ecología microbiana y la adaptación fisiológica durante el invierno austral en el hielo marino y el agua de mar del Océano Austral. Crédito: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73596-x
La elevada producción de DMSP en el hielo marino, en comparación con el agua de mar, está claramente respaldada por datos metagenómicos que muestran un enriquecimiento de genes capaces de sintetizar DMSP. Los resultados también demuestran una mayor demanda microbiana de DMSP como compuesto antiestrés en los entornos de congelación e hipersalinidad del hielo marino.
En el agua de mar, la elevada abundancia de genes para la degradación de DMSP en comparación con los de producción demuestra que, en este entorno relativamente menos estresante, los microbios también utilizan de forma desproporcionada el DMSP como fuente de azufre y carbono.
En conjunto, la presencia de rutas metabólicas del DMSP en el agua de mar y el hielo marino constituye un indicador suficiente de la producción de los gases volátiles dimetilsulfuro y metanotiol, que contribuyen al enfriamiento climático.
Este estudio refuerza aún más la importancia de la zona marginal de hielo del Océano Austral como un punto crítico para el ciclo global del azufre, donde se potencian los procesos biogeoquímicos de regulación climática.
El estudio se ha publicado en Nature Communications: Dimethylsulfoniopropionate metabolism shapes microbial ecology and physiological adaptation during the austral winter in Southern Ocean sea ice and seawater
