Una gran parte del ciclo del carbono de la Tierra pasa a través del sistema microbiano
Un nuevo estudio, liderado por la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) y la Universidad de Columbia, identifica un diverso conjunto de moléculas liberadas por el fitoplancton marino que alimentan la vida microbiana y ayudan a impulsar el ciclo del carbono de la Tierra.
Aunque los científicos saben que el carbono se mueve a través de una red invisible de fitoplancton y otros microbios en la superficie del océano, los compuestos específicos han sido un misterio durante mucho tiempo. Estos compuestos son pequeños, químicamente difíciles de detectar en agua de mar salada y son consumidos rápidamente por otros organismos casi tan pronto como se producen.
El fitoplancton, un tipo de organismo microscópico, absorbe dióxido de carbono y lo convierte en carbono orgánico mediante la fotosíntesis, al igual que las plantas.
Cada año, este proceso transporta decenas de miles de millones de toneladas de carbono a través de la superficie oceánica iluminada por el sol y contribuye al oxígeno del aire que respiramos. Estos enormes flujos naturales de carbono ponen de manifiesto el papel fundamental que desempeña la superficie oceánica en la regulación del ciclo del carbono de la Tierra.
"Para este estudio, colocamos seis especies de fitoplancton que representan a los principales grupos de fitoplancton marino en condiciones controladas. Contaban con los nutrientes y la luz necesarios para su crecimiento", explicó Yuting Zhu, coautora principal del estudio y antigua investigadora postdoctoral de WHOI, ahora en la Universidad Old Dominion.
"Utilizando un método de marcaje químico desarrollado en WHOI, pudimos cuantificar la composición de pequeñas moléculas biológicamente disponibles liberadas por abundantes microorganismos a nivel global".
Estos compuestos representaron hasta el 23% del carbono orgánico disuelto que liberó el fitoplancton y pueden sustentar una parte sustancial del metabolismo microbiano en el océano global.
Imagen derecha: Investigadores estudiaron seis especies de fitoplancton que representan los principales grupos de fitoplancton marino en condiciones controladas. (Foto de Hanna Anderson)
Sin embargo, muchas bacterias son especialistas metabólicas o selectivas en su alimentación. El estudio reveló que las distintas especies de fitoplancton liberan combinaciones específicas de metabolitos, incluyendo compuestos de carbono que también contienen nitrógeno, fósforo y azufre.
Debido a que las bacterias varían en las moléculas que pueden consumir, el "menú" químico producido por el fitoplancton ayuda a determinar qué comunidades microbianas prosperan en diferentes partes del océano.
"Los hallazgos ayudan a esclarecer un misterio de larga data sobre la composición de las 'monedas químicas' que transportan los microbios en la superficie del océano", dijo Sonya Dyhrman, coautora del estudio y profesora de ciencias de la tierra y del medio ambiente en el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia.
"Lo concibo como una economía microbiana del carbono. Al identificar las monedas producidas por el fitoplancton, los científicos pueden comenzar a construir representaciones más realistas de cómo reciclan las comunidades microbianas marinas miles de millones de toneladas de carbono".
Imagen: Porcentaje de carbono orgánico disuelto (COD) excretado por el fitoplancton aportado por cada categoría de exometabolito identificada para Gephyrocapsa huxleyi, Micromonas commoda, Thalassiosira pseudonana, Crocosphaera watsonii, Prochlorococcus marinus y Synechococcus. Crédito: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2531765123
Para explorar las implicaciones más amplias, el equipo, que también incluía investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y del Laboratorio de Biología Marina, combinó mediciones de laboratorio con modelos de ecosistemas globales. Sus resultados sugieren que los metabolitos derivados del fitoplancton podrían suministrar hasta el 5% de las necesidades diarias de carbono de SAR11, uno de los grupos de bacterias más abundantes en la superficie del océano.
La investigación se llevó a cabo en el marco del Centro de Monedas Químicas de un Planeta Microbiano, un centro de ciencia y tecnología que investiga cómo las pequeñas moléculas rigen las interacciones entre los microorganismos en los ecosistemas terrestres.
"Comprender estos intercambios es fundamental porque una gran parte del ciclo del carbono de la Tierra pasa a través de este sistema microbiano, pero aún no lo comprendemos del todo", dijo la directora del centro y coautora del estudio, la científica sénior de WHOI, Elizabeth Kujawinski.
"Si comprendemos qué moléculas libera el fitoplancton y qué moléculas pueden absorber las bacterias, podremos empezar a construir modelos de cómo interactúan estos organismos. Concebimos la superficie oceánica como una red, donde el fitoplancton y las bacterias están conectados por moléculas: algunos compuestos alimentan a muchas bacterias diferentes, mientras que otros solo sustentan a unas pocas".
Futuros estudios investigarán cómo las condiciones ambientales, como la limitación de nutrientes, los cambios de temperatura y la acidificación de los océanos, alteran las moléculas que libera el fitoplancton y cómo responden las comunidades microbianas a esas "monedas químicas".
Los resultados del estudio se publican en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences: Characterization of phytoplankton-excreted metabolites mediating carbon flux through the surface ocean
