Capturan anualmente más de 1,1 gigatoneladas de dióxido de carbono
Las bacterias marinas que viven en las oscuras profundidades del océano juegan un recientemente descubierto y significativo papel en el ciclo global del carbono, según un nuevo estudio publicado en Science.
El "océano oscuro" - todo lo que se encuentra debajo de 200 metros - constituye el 90 por ciento del océano. Se sabe muy poco sobre la vida microscópica en este ámbito y su papel fundamental en la transformación del dióxido de carbono en material celular, proteínas, carbohidratos y lípidos. Este material orgánico recién producido puede ser consumido por otros organismos marinos que mejoran la productividad del océano.
La mayor parte del carbono del océano oscuro se captura en la zona mesopelágica, que se encuentra entre 200 y 1.000 metros debajo de la superficie del océano. Las identidades de los microorganismos que realizan este proceso y las fuentes de energía involucradas han permanecido como un gran misterio. Al analizar los genomas encontrados en las muestras de agua de mar de esta zona, los científicos del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas han identificado algunos de los contribuyentes más importantes: las bacterias oxidantes de nitrito.
"Sabíamos que estas bacterias estaban allí e involucradas en el ciclo global del carbono, pero su papel es mucho más grande de lo que los científicos pensaban anteriormente", dijo Maria Pachiadaki, científica postdoctoral en Bigelow Laboratory.
Estas bacterias obtienen su energía de la oxidación de compuestos de nitrógeno. Representan menos del 5 por ciento de las células microbianas en el océano oscuro, lo que anteriormente llevó a los científicos a subestimar en gran medida su contribución. Este estudio revela que a pesar de su relativamente baja abundancia, las bacterias oxidantes de nitrito capturan anualmente más de 1,1 gigatoneladas de dióxido de carbono en la zona mesopelágica. Esto es comparable a las estimaciones previas del carbono total capturado en todo el océano oscuro.
El equipo analizó la composición de las comunidades microbianas mesopelágicas en base a la información genética en muestras de agua de mar de 40 lugares en todo el mundo. Luego utilizaron herramientas de genómica de células individuales para secuenciar completamente las células individuales y examinar su biología en función de sus planos genéticos.
"Antes de las técnicas de genómica, el océano oscuro era una caja negra, porque los microorganismos de este entorno se negaban a crecer en los laboratorios de investigación", dijo Ramunas Stepanauskas, investigador principal de Bigelow Laboratory y director del Centro de Genómica de Célula Única. "Ahora, usando herramientas contemporáneas que fueron desarrolladas por nuestro grupo, podemos abrir esta caja negra y entender quién está viviendo allí, qué están haciendo y cómo lo están haciendo".
La investigación detrás de este documento de Science comenzó con un esfuerzo para identificar nuevos grupos de organismos microscópicos en la zona mesopelágica. Según Pachiadaki, la explicación previamente aceptada para la captura de carbono en el océano oscuro no parecía correcta bajo una atenta inspección. Archaea, un grupo mucho más abundante de microorganismos en el océano oscuro, se había acreditado que hacía la mayor parte del trabajo, pero las matemáticas simplemente no cuadraban. El equipo se propuso descubrir los organismos no identificados que fueron los verdaderos defensores de la captura de dióxido de carbono en el vasto océano oscuro.
El equipo analizó casi 3.500 genomas de bacterias y arqueas. Cuando no encontraron ningún otro organismo que tuviera las rutas metabólicas para capturar el carbono y que ocurriera en abundancia suficiente, comenzaron a observar más de cerca a las bacterias oxidantes de nitrito.
Aproximadamente 100 de los genomas analizados se identificaron como bacterias oxidantes de nitrito, y el equipo seleccionó y ordenó por completo la información genética de 30 organismos representativos.
"Si no tuviéramos los datos genómicos, probablemente nunca hubiéramos pensado investigar el impacto de estas bacterias en el ciclo del carbono", dijo Pachiadaki.
A lo largo del proyecto, las técnicas de genómica de vanguardia continuaron evolucionando rápidamente, y el Centro de Genómica de Células Únicas de Bigelow Laboratory agregó una tecnología avanzada que permitió a los investigadores estimar los diámetros de las células. De repente, los científicos pudieron ver que las bacterias oxidantes de nitrito eran mucho más grandes que las abundantes arqueas que anteriormente se consideraban responsables de la mayoría de la captura de carbono en el océano oscuro.
"Es posible que solo constituyan el 5 por ciento de la población, pero las células de las bacterias que oxidan el nitrito son 50 veces más grandes", dijo Pachiadaki.
Para verificar su hipótesis, el equipo diseñó una serie de experimentos con colaboradores de la Universidad de Viena. El grupo de investigación del profesor Gerhard Herndl tomó muestras de agua de mar de la zona mesopelágica en múltiples ubicaciones en el Atlántico Norte y agregó dióxido de carbono que había sido marcado con una etiqueta radioactiva. Esto les permitió determinar la cantidad absorbida por cada grupo de microorganismos, lo que confirmó el papel dominante de las bacterias oxidantes de nitrito en la captura de carbono.
"Estos resultados arrojan nueva luz sobre el vínculo entre el nitrógeno y los ciclos de carbono en el interior del océano", dijo Herndl. "Experimentalmente demostramos el papel principal de los oxidantes de nitrito en la captura de dióxido de carbono en el océano oscuro e iluminamos un grupo de microbios que aún no ha recibido la atención adecuada por su impacto en el ciclo del carbono oceánico".
Artículo científico: Major role of nitrite-oxidizing bacteria in dark ocean carbon fixation
