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Investigadores de microbiología de la Universidad Estatal de Oregón han arrojado nueva luz sobre los mecanismos del ciclo del carbono en el océano, utilizando un enfoque novedoso para rastrear qué microbios consumen los diferentes tipos de carbono orgánico producidos por especies comunes de fitoplancton.
La investigación es un paso importante para prever la cantidad de carbono que saldrá del océano hacia la atmósfera en forma de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, y la cantidad que acabará sepultada en los sedimentos marinos, según Ryan Mueller, profesor asociado del Departamento de Microbiología de la OSU y director del estudio.
Los resultados se han publicado hoy en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Nuestra investigación muestra que las diferentes especies de microbios del océano son muy particulares, aunque predecibles, en cuanto a las fuentes de alimento que prefieren comer", dijo el primer autor, Brandon Kieft, recién graduado del doctorado de la Universidad de Oregón que ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia Británica. "A medida que el cambio climático global siga alterando los entornos oceánicos a un ritmo rápido, la disponibilidad de fuentes de alimento para los microbios también cambiará, favoreciendo en última instancia a ciertos tipos sobre otros".
El fitoplancton es un organismo microscópico que se encuentra en la base de la cadena alimentaria del océano y es un componente clave de la bomba biológica de carbono. La mayoría flota en la parte superior del océano, donde la luz solar puede llegar fácilmente.
Estas diminutas plantas autótrofas -que fabrican su propio alimento- tienen un gran efecto sobre los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera al absorberlo durante la fotosíntesis. Se trata de un sumidero natural y una de las principales formas de eliminar el CO₂, el gas de efecto invernadero más abundante, de la atmósfera; el dióxido de carbono atmosférico ha aumentado un 40% desde el inicio de la era industrial, lo que contribuye en gran medida al calentamiento del planeta.
"Estudiamos a los consumidores -los microbios heterótrofos- de la materia orgánica fabricada por los productores primarios, el fitoplancton microbiano", explica Mueller. "Ambos grupos son microbios, los primeros consumen principalmente carbono orgánico como fuente de alimento, mientras que los segundos "fijan" su propio carbono orgánico. Los microbios constituyen la base de la red alimentaria y la bomba biológica de carbono, y nuestro trabajo se centra principalmente en explorar lo que hacen los consumidores en este sistema."
El océano superficial almacena casi tanto carbono como el que existe en la atmósfera. Cuando el océano atrae el dióxido de carbono atmosférico, el fitoplancton utiliza el CO₂ y la luz solar para la fotosíntesis: Los convierten en azúcares y otros compuestos que las células pueden utilizar para obtener energía, produciendo oxígeno en el proceso.
Este llamado carbono fijado constituye la dieta de los microbios heterótrofos y de los organismos superiores de la red alimentaria marina, como los peces y los mamíferos, que en última instancia convierten el carbono de nuevo en CO₂ atmosférico a través de la respiración o contribuyen a la reserva de carbono en el fondo del océano cuando mueren y se hunden.
La actividad respiratoria colectiva de los consumidores microbianos heterótrofos es la principal forma en que el carbono orgánico disuelto fijado por el fitoplancton se devuelve a la atmósfera en forma de CO₂.
Mueller, Kieft y sus colaboradores de los laboratorios nacionales Oak Ridge y Lawrence Livermore y de las universidades de Tennessee, Washington y Oklahoma utilizaron el etiquetado de isótopos estables para seguir el rastro del carbono a medida que se abría paso en la materia orgánica producida por el fitoplancton y, en última instancia, por los microbios heterótrofos que lo consumen.
Los científicos utilizaron esos isótopos para saber qué organismos consumían diatomeas y cuáles cianobacterias, dos especies de fitoplancton que se combinan para producir la mayor parte del carbono fijado en el océano. Los investigadores también pudieron determinar cuándo se producía el consumo; por ejemplo, a veces las células de fitoplancton producían sustancias conocidas como lisados durante su fase de muerte o exudados durante su fase de crecimiento.
"Nuestros descubrimientos tienen importantes implicaciones para entender cómo los microbios marinos y las algas fotosintéticas funcionan conjuntamente para influir en el ciclo global del carbono y cómo esta red alimentaria oceánica puede responder al cambio medioambiental continuado", dijo Kieft. "Esto nos ayudará a predecir cuánto carbono volverá a la atmósfera y cuánto quedará enterrado en los sedimentos marinos durante siglos".
Fuentes, créditos y referencias:
Phytoplankton exudates and lysates support distinct microbial consortia with specialized metabolic and ecophysiological traits, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2101178118 , www.pnas.org/content/118/41/e2101178118
Imagen: Representación de lo estudiado. Crédito: Universidad Estatal de Oregón