Pueden crear estructuras mucosas similares a paracaídas que frenan el secuestro de carbono de la atmósfera
Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Stanford revela un factor oculto que podría cambiar nuestra comprensión de cómo los océanos mitigan el cambio climático.
El estudio revela "paracaídas" de moco nunca antes vistos producidos por organismos microscópicos marinos que retardan significativamente su hundimiento, frenando un proceso crucial para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera.
El sorprendente descubrimiento implica que las estimaciones anteriores del potencial de secuestro de carbono del océano pueden haber sido sobreestimadas, pero también abre el camino para mejorar los modelos climáticos e informar a los responsables de las políticas en sus esfuerzos por frenar el cambio climático.
"No hemos estado mirando en la dirección correcta", dijo el autor principal del estudio, Manu Prakash, profesor asociado de bioingeniería y océanos en la Escuela de Ingeniería de Stanford y la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford.
"Lo que hemos descubierto subraya la importancia de la observación científica fundamental y la necesidad de estudiar los procesos naturales en sus entornos reales. Es fundamental para nuestra capacidad de mitigar el cambio climático".
Vídeo: Vídeo de nieve marina hundiéndose en una columna de agua infinita generado por una máquina de gravedad. La nieve marina que se hunde interactúa con una amplia variedad de plancton a medida que viaja a través de la columna vertical. Crédito: PrakashLab, Stanford
La bomba biológica
La nieve marina, una mezcla de fitoplancton muerto, bacterias, heces fecales y otras partículas orgánicas, absorbe aproximadamente un tercio del dióxido de carbono producido por el hombre en la atmósfera y lo transporta al fondo del océano, donde queda atrapado durante milenios.
Los científicos conocen este fenómeno, conocido como bomba biológica, desde hace tiempo. Sin embargo, hasta ahora, ha sido un misterio la forma exacta en que caen estas delicadas partículas (la profundidad media del océano es de 4 kilómetros o 2,5 millas).
Los investigadores resolvieron el misterio utilizando un inusual invento: un microscopio rotatorio desarrollado en el laboratorio de Prakash que resuelve el problema por completo. El dispositivo se mueve a medida que los organismos se mueven dentro de él, simulando un viaje vertical a lo largo de distancias infinitas y ajustando aspectos como la temperatura, la luz y la presión para emular las condiciones específicas del océano.
Imagen: Esquema de una máquina de gravedad: un microscopio rotatorio que permite crear un escenario de realidad virtual para el plancton y la nieve marina. La herramienta permite utilizar un microscopio con un campo de visión infinito en el eje Z, lo que permite observar una partícula sedimentada durante largos períodos de tiempo. Crédito: Rebecca Konte, PrakashLab, Stanford
Durante los últimos cinco años, Prakash y los miembros de su laboratorio han llevado sus microscopios hechos a medida en barcos de investigación a todos los océanos principales del mundo, desde el Ártico hasta la Antártida.
En una reciente expedición al Golfo de Maine, recogieron nieve marina colgando trampas en el agua y luego analizaron rápidamente el proceso de hundimiento de las partículas en su microscopio giratorio.
Dado que la nieve marina es un ecosistema vivo, es importante realizar estas mediciones en el mar. El microscopio rotatorio permitió al equipo observar por primera vez con gran detalle la nieve marina en su entorno natural (en lugar de hacerlo en un distante laboratorio).
Los resultados sorprendieron a los investigadores, que descubrieron que la nieve marina crea a veces estructuras mucosas con forma de paracaídas que duplican el tiempo que los organismos permanecen en los primeros 100 metros del océano.
Esta prolongada suspensión aumenta la probabilidad de que otros microbios descompongan el carbono orgánico dentro de las partículas de nieve marina y lo conviertan nuevamente en carbono orgánico fácilmente disponible para otro plancton, lo que detiene la absorción de dióxido de carbono de la atmósfera.
Belleza y complejidad en los detalles más pequeños
Los investigadores señalan su trabajo como un ejemplo de investigación basada en la observación, esencial para comprender cómo funcionan incluso los procesos biológicos y físicos más pequeños dentro de los sistemas naturales.
"La teoría nos dice cómo se ve el flujo alrededor de una pequeña partícula, pero lo que vimos en el barco fue radicalmente diferente", dijo el autor principal del estudio, Rahul Chajwa, investigador postdoctoral en el Laboratorio Prakash. "Estamos empezando a entender estas complejas dinámicas".
Este trabajo expone un hecho importante: durante los últimos 200 años, los científicos han estudiado la vida, incluido el plancton, en un plano bidimensional, atrapado en pequeños portaobjetos bajo un microscopio.
Por otra parte, realizar microscopía de alta resolución es muy difícil en alta mar. Chajwa y Prakash enfatizan la importancia de salir del laboratorio y realizar mediciones científicas lo más cerca posible del entorno en el que se producen.
Imagen: Colas de cometas ocultas en la nieve marina.
Apoyar la investigación que priorice la observación en entornos naturales debería ser una prioridad para las organizaciones públicas y privadas que financian la ciencia, argumentan los investigadores.
"Ni siquiera podemos plantearnos la pregunta fundamental de qué hace la vida sin emular el entorno en el que evolucionó", dijo Prakash. "En biología, separarla de su entorno nos ha quitado toda capacidad de hacer las preguntas correctas".
Más allá de su importancia para medir directamente el secuestro de carbono marino, el estudio también revela la belleza de los fenómenos cotidianos. Al igual que el azúcar que se disuelve en el café, el descenso de la nieve marina a las profundidades del océano es un proceso complejo influenciado por factores que no siempre vemos o apreciamos.
"Damos por sentados ciertos fenómenos, pero el conjunto de ideas más simple puede tener efectos profundos", dijo Prakash. "Observar estos detalles, como las colas de moco de la nieve marina, abre nuevas puertas para comprender los principios fundamentales de nuestro mundo".
Los investigadores están trabajando para perfeccionar sus modelos, integrar los conjuntos de datos en modelos a escala terrestre y publicar un conjunto de datos abierto de las seis expediciones globales que han realizado hasta ahora. Este será el conjunto de datos más grande del mundo de mediciones directas de sedimentación de nieve marina. También pretenden explorar los factores que influyen en la producción de moco, como los factores estresantes ambientales o la presencia de ciertas especies de bacterias.
Aunque el descubrimiento de los investigadores supone un importante cambio en la forma en que los científicos han pensado sobre los puntos de inflexión en el secuestro oceánico, Prakash y sus colegas siguen teniendo esperanzas. En una reciente expedición a la costa del norte de California, descubrieron procesos que pueden acelerar potencialmente la captura de carbono.
"Cada vez que observo el mundo del plancton a través de nuestras herramientas, aprendo algo nuevo", dijo Prakash.
El estudio se ha publicado el 11 de octubre en Science: Hidden comet tails of marine snow impede ocean-based carbon sequestration
