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El lago africano Sonachi: tras las incógnitas de la gran producción de gas metano en hábitats extremos

El lago sódico volcánico Sonachi (Kenia) se encuentra en el valle del Rift africano.

La gran diversidad genética y funcional de los agregados microbianos en este lago del valle del Rift africano podría explicar el alto nivel de producción de metano, un gas con un poderoso efecto invernadero.

La concentración de metano en este lago sódico es de dos o tres órdenes de magnitud superior a la de los lagos boreales, los sistemas lacustres más estudiados. 

El trabajo, publicado en la revista Communications Biology, está liderado por miembros de la Universidad de Barcelona, el Consejo Nacional de Investigación de Italia y la Universidad de Florencia.


Barcelona, 19 de julio de 2021. Un artículo publicado en la revista Communications Biology, del grupo editorial Nature, revela las concentraciones inusualmente elevadas de metano en las aguas superficiales del lago sódico volcánico Sonachi (Kenia), en el valle del Rift africano. La plasticidad metabólica y la alta productividad de la comunidad de procariotas del lago —agregados de cianobacterias (fotoautótrofas), bacterias (heterótrofas) y arqueas (metanógenas)— podría explicar la alta concentración de metano, un gas con un potente efecto invernadero que aquí presenta valores muy superiores a los que se conocen en los lagos de todo el mundo. 

El trabajo está liderado por expertos de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona,​​el Consejo Nacional de Investigación de Italia y la Universidad de Florencia, y tiene la participación de grupos de investigación de diez instituciones del ámbito internacional. 

Todavía se desconoce si este modelo se replica en otros lagos sódicos de la región del Rift.

Los lagos sódicos del valle del Rift africano 

En el Gran Valle del Rift, la gran fisura tectónica del continente africano, hay varios lagos tectónicos o volcánicos endorreicos donde el agua solo puede salir del sistema lacustre por evaporación. En estos hábitats de condiciones extremas y particulares, la intensa evaporación genera una concentración elevada de sales: en la mayoría de los casos, carbonato sódico, un compuesto altamente soluble que genera una alta alcalinidad. 

El lago Sonachi es un pequeño lago salino-sódico meromíctico en el que la columna de agua se mezcla parcialmente. Emplazado al oeste del lago Naivasha, se encuentra en el interior de un cráter volcánico y tiene una química alcalina característica que ha despertado el interés de la comunidad científica internacional desde hace tiempo. 

«Los lagos sódicos del Rift son ecosistemas muy productivos gracias a la proliferación de cianobacterias, como la espirulina. En paralelo, la elevada alcalinidad los convierte en ambientes extremos y a causa de ello existe un enorme interés científico por conocer el metabolismo de sus comunidades microbianas», detalla el profesor Andrea Butturini, coautor del trabajo y miembro del Departamento de Biología Evolutiva, Ecología y Ciencias Ambientales. 

«Estos ambientes tan extremos son hábitats naturales de interés para el estudio del origen de la vida, la astrobiología, la producción de biocombustibles, la biotecnología, etc.», continúa. «Paradójicamente, casi no existen trabajos integradores que estudien in situ y en condiciones naturales la composición y el funcionamiento del conjunto de estas comunidades lacustres. En consecuencia, todavía hay muchos aspectos del ciclo del carbono de los lagos sódicos que no se conocen». 

El profesor Andrea Butturini, Departamento de Biología Evolutiva, Ecología y Ciencias Ambientales de la Facultad de Biología de la UB.

Lagos salino-sódicos, actividad bacteriana y gas metano 

El artículo publicado en Communications Biology es uno de los primeros trabajos que relaciona la presencia de gases (hidrógeno, metano y dióxido de carbono) con la disponibilidad de la materia orgánica disuelta y la alta biodiversidad microbiana en la columna de agua de un lago sódico, desde la superficie hasta el fondo lleno de sedimentos. 

El trabajo revela que las concentraciones de metano en el lago Sonachi son de dos o tres órdenes de magnitud superiores a las que se han medido en lagos boreales, los sistemas lacustres más estudiados. En la literatura científica, nunca se habían descrito concentraciones tan altas de metano tan cerca de la superficie de un lago. 

«Sin duda, el resultado más sorprendente ha sido detectar concentraciones muy altas de metano en aguas oxigenadas cerca de la superficie del lago, que se derivan de la elevada productividad de las comunidades planctónicas fotosintéticas, principalmente cianobacterias», subraya Butturini. «En esta parte de la columna de agua, lo que se esperaría detectar es consumo de metano y menor concentración de este gas». 

En la mayoría de los lagos sódicos africanos, la comunidad microbiana planctónica se articula alrededor de las cianobacterias, procariotas que abundan en estos hábitats lacustres. La particular biodiversidad de la comunidad microbiana en el lago Sonachi podría ser un factor de la ecuación que explicara la alta metanogénesis descrita en el estudio. 

«En el lago Sonachi, las cianobacterias aglutinan una comunidad microbiana con una alta diversidad genética y funcional: bacterias autótrofas (oxigénicas y anoxigénicas), fermentadoras, heterótrofas, metanótrofas (consumidoras de metano), reductoras del azufre y metanógenas (hidrogenotróficas, acetotróficas y metiltróficas). Además, todas estas bacterias con un metabolismo tan versátil están aglutinadas en forma de agregados que miden unos pocos micrómetros», apunta Butturini. «Aún no sabemos si este modelo se replica en otros lagos sódicos de la región del Rift. Por ello, esperamos poder abordar esta incógnita en futuras investigaciones». 

A escala de microhábitats, en estos agregados microbianos podrían establecerse condiciones anóxicas (sin oxígeno), que facilitan la proliferación de las arqueas metanógenas (a priori, anaerobias estrictas), también gracias a los lixiviados orgánicos que liberan las cianobacterias. «Los lagos sódicos del Rift son muy productivos por la alta concentración de cianobacterias. Por eso planteamos que la alta productividad bacteriana cataliza de algún modo la producción de metano cerca de la superficie del lago, una hipótesis que habrá que explorar más a fondo en el futuro», explica Butturini. 

De izquierda a derecha, los investigadores Andrea Butturini y Stephen Wanjiku Methu.

Ampliar horizontes con los lagos tropicales y ecuatoriales 

El gas metano, con una concentración atmosférica cada vez más elevada, genera un efecto invernadero muy superior al del dióxido de carbono y otros compuestos. En este contexto, los sistemas acuáticos continentales naturales —pantanos, lagos, zonas inundables someras, turberas, etc.— son importantes fuentes de emisión de metano y dióxido de carbono hacia la atmósfera. 

«Comprender la importancia de los sistemas acuáticos continentales en las emisiones de metano, dióxido de carbono y dióxido de nitrógeno a escala global es un ámbito de la investigación muy activo e innovador en limnología y biogeoquímica. Ahora bien, es innegable que nuestros conocimientos se fundamentan sobre todo en sistemas naturales de las regiones templadas y boreales y que escasean trabajos sobre sistemas tropicales y ecuatoriales», subraya el experto. 

«En este marco, nuestro trabajo revela que debemos abrirnos hacia otros horizontes y otros sistemas más remotos y poco estudiados. Y las sorpresas pueden ser mayúsculas. Eso nos ha motivado para establecer una colaboración con la Universidad de Nairobi con el objetivo de organizar en 2022 un curso de limnología de ambientes extremos para estudiantes de esa institución», concluye Andrea Butturini.  

Artículo de referencia: 

Fazi, F.; Amalfitano, S.; Venturi, S.; Pacini, N.; Vazquez, E.; Olaka, L. A.; Tassi, F.; Crognale, S.; Herzsprung, P.; Lechtenfeld, O. J.; Cabassi, J.; Capecchiacci, F.; Rossetti, S.; M. M. Yakimov, M.; Vaselli, O.; Harper, D. M.; Butturini, A. «High concentrations of dissolved biogenic methane associated with cyanobacterial blooms in East African lake surface water»Communications Biology, julio de 2021. Doi: 10.1038/s42003-021-02365-x