La nieve marina es una parte importante del ciclo del carbono oceánico
Como la mayor reserva de carbono de la Tierra, el océano retiene el carbono de la atmósfera. Sin embargo, los científicos aún tienen dificultades para medir y monitorear con exactitud la cantidad de carbono almacenado en el océano, lo que dificulta los esfuerzos para modelar y responder al cambio climático.
Investigadores del MBARI y colaboradores de la Universidad de Rhode Island, la Universidad de Maine y la Universidad de California en Santa Bárbara han realizado un exhaustivo análisis de los mecanismos ecológicos que impulsan el transporte de carbono a las profundidades marinas, lo que supone un significativo avance en el monitoreo de la conexión océano-clima.
Con el apoyo de la campaña de campo interdisciplinaria EXport Processes in the Ocean from RemoTe Sensing (EXPORTS) de la NASA, los investigadores secuenciaron el ADN de 800 partículas individuales de nieve marina e identificaron dos grupos de plancton que pueden usarse para predecir la magnitud del transporte de carbono desde la atmósfera hasta las profundidades marinas. Este innovador trabajo sienta las bases para mejorar los modelos basados en satélites para la exportación de carbono oceánico.
"Esta investigación representa un importante avance en la cuantificación del ciclo del carbono oceánico. Hemos desarrollado un modelo predictivo de la exportación de carbono oceánico que vincula las comunidades de fitoplancton superficial con los mecanismos ecológicos que ocurren en las profundidades oceánicas. Este modelo mejorará los esfuerzos para vincular las observaciones satelitales de la superficie del océano con las profundidades del mar, predecir mejor los impactos del cambio climático y evaluar la eficacia de futuras intervenciones climáticas basadas en el océano", dijo Sasha Kramer, investigadora postdoctoral en MBARI y autora principal del estudio.
El océano actúa como una superautopista de carbono: absorbe dióxido de carbono en la superficie y luego la vida marina lo transforma y lo transporta a aguas más profundas en forma de material orgánico que se hunde. La nieve marina —una mezcla de plancton muerto, desechos, moco y otros materiales orgánicos que se hunden lentamente desde la superficie del océano— es una parte importante del ciclo del carbono oceánico. Sin embargo, las partículas de materia orgánica que se hunden son difíciles de observar, y las ráfagas de nieve marina son difíciles de predecir.
El secuestro de carbono en las profundidades oceánicas sigue siendo uno de los aspectos más inciertos del ciclo global del carbono. Dado que no comprendemos completamente la exportación de carbono desde la superficie a través de aguas intermedias, no podemos cuantificar con precisión el ciclo del carbono oceánico, su evolución ni sus impactos en los ecosistemas oceánicos.
Imagen derecha: Algunos tipos de nieve marina. Crédito: MBARI
El equipo de Ecología del Flujo de Carbono del MBARI, dirigido por la científica Colleen Durkin, estudia las microscópicas interacciones biológicas que controlan la exportación de carbono en el océano. La investigación del equipo se centra en las complejas partículas que se hunden en las profundidades oceánicas y en las diversas comunidades de organismos que las producen, transforman y se alimentan de ellas al descender de la superficie a las profundidades oceánicas. Este trabajo contribuye al avance de las observaciones y modelos a escala global del clima y los ecosistemas oceánicos de la Tierra.
"El océano y sus habitantes exportan carbono a gran escala, impulsados por el diminuto fitoplancton. Los procesos microscópicos tienen un impacto global", explicó Durkin. "Al centrarnos en partículas individuales, investigando la biología y la ecología de grupos individuales de fitoplancton, descubrimos las sorprendentes conexiones que pueden transformar los esfuerzos para medir y monitorear la exportación de carbono oceánico".
El programa EXPORTS es un esfuerzo multiinstitucional a gran escala liderado por la NASA que reúne una variedad de disciplinas y perspectivas, incluida la óptica oceánica, la teledetección y la biología molecular, para implementar diversas tecnologías de última generación para comprender el transporte de carbono desde la superficie del océano hasta las profundidades del mar.
Kramer y Durkin participaron en las campañas de campo de EXPORTS en el Atlántico Norte y el Pacífico Norte. Junto con un equipo de investigadores del MBARI, la Universidad de Rhode Island, la Universidad de Maine y la Universidad de California en Santa Bárbara, clasificaron meticulosamente las partículas individuales que se hundían, muestreadas por trampas de sedimentos instaladas a cinco profundidades de entre 100 y 500 metros (330 y 1.640 pies). Estudios previos generalmente han examinado biomasa filtrada a granel, no partículas individuales.
Imagen: La nieve marina —una mezcla de plancton muerto, desechos, moco y otros materiales orgánicos que se hunden lentamente desde la superficie del océano— es una parte importante, aunque poco comprendida, del ciclo del carbono oceánico. Crédito: Colleen Durkin
El novedoso enfoque del equipo les permitió comparar detalles más precisos del empaquetamiento y transporte del carbono con la información contenida en partículas a granel. Posteriormente, examinaron secuencias del gen ARNr 18S de fitoplancton muestreado en agua marina superficial, partículas filtradas a granel y 800 partículas individuales de nieve marina. Estas etiquetas genéticas permitieron a los investigadores detectar grupos específicos de fitoplancton en la superficie del océano y seguir su transporte hacia aguas más profundas donde se secuestra su carbono.
La combinación de la abundancia relativa de secuencias genéticas con mediciones químicas del carbono que se hunde permitió al equipo identificar relaciones predictivas entre la exportación de taxones específicos de fitoplancton y la magnitud del flujo de carbono con la profundidad. Descubrieron que dos grupos clave de fitoplancton (las diatomeas y las Hacrobias fotosintéticas) pueden utilizarse para predecir la magnitud de la exportación de carbono a las profundidades del océano.
Las relaciones encontradas en este estudio amplían la utilidad de las observaciones satelitales del océano. Los satélites son la herramienta más poderosa para visualizar los procesos marinos a escala global. Los nuevos satélites de color oceánico, como la misión PACE (Plancton, Aerosol, Nubes, Ecosistema oceánico) de la NASA, ofrecen una nueva perspectiva del océano desde el espacio. PACE está equipado con un instrumento hiperespectral de color oceánico, un radiómetro que permite a los científicos cuantificar los pigmentos en diferentes grupos taxonómicos de fitoplancton en la superficie del océano.
Imagen: Como parte de la campaña de campo EXPORTS, los investigadores instalaron trampas de sedimentos para recolectar partículas de nieve marina para su posterior estudio en el laboratorio. Imagen cortesía de Colleen Durkin.
Los científicos pueden buscar ahora floraciones de diatomeas y Hacrobia, específicamente, para desarrollar mejores modelos que estimen la exportación de carbono a las profundidades del océano a escala global.
Dado que ambos grupos clave de fitoplancton identificados aquí pueden detectarse de manera confiable con secuenciación de ADN y observaciones satelitales, la relación con la exportación de carbono puede probarse en otras regiones y ecosistemas.
"Responder a la crisis climática requerirá grandes avances en nuestra capacidad para monitorear el ecosistema oceánico. Debemos encontrar nuevas formas de observar los procesos que ocurren a escala microscópica e integrar esa perspectiva con los factores climáticos que ocurren a escala global", afirmó Durkin.
"Este trabajo demuestra el valor de la traducción entre disciplinas científicas y escalas físicas. Al identificar los diminutos microbios dentro de las partículas de nieve marina, podemos proponer un uso estratégico de nuestras tecnologías de observación global que podría mejorar el monitoreo del ciclo del carbono oceánico".
El equipo publicó sus hallazgos en una nueva investigación en The ISME Journal: Sinking particles exporting diatoms and Hacrobia predict the magnitude of oceanic POC flux
