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Investigadores exploran el papel de los microbios oceánicos en los efectos climáticos


Un nuevo estudio muestra que los «puntos calientes» de nutrientes que rodean al fitoplancton, que son pequeñas algas marinas que producen aproximadamente la mitad del oxígeno que respiramos todos los días, desempeñan un papel descomunal en la liberación de un gas involucrado en la formación de nubes y la regulación del clima.


por David L. Chandler, Instituto de Tecnología de Massachusetts


La nueva investigación cuantifica la forma en que las bacterias marinas específicas procesan una sustancia química clave llamada dimetilsulfoniopropionato (DMSP), que se produce en grandes cantidades por el fitoplancton. Este producto químico desempeña un papel fundamental en la forma en que los microorganismos del océano consumen azufre y carbono y se liberan a la atmósfera.

El trabajo se informa en la revista Nature Communications , en un artículo del estudiante graduado del MIT Cherry Gao, ex profesor de ingeniería civil y ambiental del MIT Roman Stocker (ahora profesor en ETH Zurich, en Suiza), en colaboración con Jean-Baptiste Raina y Profesor Justin Seymour de la Universidad Tecnológica de Sydney en Australia, y otros cuatro.

Anualmente se producen más de mil millones de toneladas de DMSP por microorganismos en los océanos, lo que representa el 10 por ciento del carbono que absorbe el fitoplancton, un importante «sumidero» de dióxido de carbono, sin el cual el gas de efecto invernadero se acumularía aún más rápido. en la atmósfera. Pero exactamente cómo se procesó este compuesto y cómo sus diferentes vías químicas se convierten en ciclos globales de carbono y azufre no se había entendido bien hasta ahora, dice Gao.

«DMSP es una fuente importante de nutrientes para las bacterias», dice ella. «Satisface hasta el 95 por ciento de la demanda bacteriana de azufre y hasta el 15 por ciento de la demanda bacteriana de carbono en el océano. Por lo tanto, dada la ubicuidad y la abundancia de DMSP, esperamos que estos procesos microbianos tengan un papel importante en el ciclo global del azufre «.

Gao y sus compañeros de trabajo modificaron genéticamente una bacteria marina llamada Ruegeria pomeroyi, lo que provocó su fluorescencia cuando se activó una de las dos vías diferentes para procesar DMSP, lo que permitió analizar la expresión relativa de los procesos en una variedad de condiciones.

Una de las dos vías, llamada desmetilación, produce nutrientes a base de carbono y azufre que los microbios pueden usar para mantener su crecimiento. La otra vía, llamada escisión, produce un gas llamado sulfuro de dimetilo (DMS), que Gao explica «es el compuesto responsable del olor del mar. De hecho, olía mucho el océano en el laboratorio cuando estaba experimentando».

DMS es el gas responsable de la mayor parte del azufre derivado biológicamente que ingresa a la atmósfera desde los océanos. Una vez en la atmósfera, los compuestos de azufre son una fuente clave de condensación para las moléculas de agua, por lo que su concentración en el aire afecta tanto los patrones de lluvia como la reflectividad general de la atmósfera a través de la generación de nubes. Comprender el proceso responsable de gran parte de esa producción podría ser importante de múltiples maneras para refinar los modelos climáticos.

Esas implicaciones climáticas son «por qué estamos interesados ​​en saber cuándo las bacterias deciden usar la vía de escisión versus la vía de desmetilación», a fin de comprender mejor qué cantidad de DMS importante se produce en qué condiciones, dice Gao. «Esta ha sido una pregunta abierta durante al menos dos décadas».

El nuevo estudio encontró que la concentración de DMSP en las proximidades regula qué vía utilizan las bacterias. Por debajo de una cierta concentración, la desmetilación fue dominante, pero por encima de un nivel de aproximadamente 10 micromoles, el proceso de escisión dominó.

«Lo que realmente nos sorprendió fue que, al experimentar con las bacterias modificadas, descubrimos que las concentraciones de DMSP en las que domina la vía de escisión son más altas de lo esperado, órdenes de magnitud más altas que la concentración promedio en el océano», dice.

Eso sugiere que este proceso apenas tiene lugar en condiciones oceánicas típicas, concluyeron los investigadores. Por el contrario, los «puntos críticos» en microescala de concentración elevada de DMSP son probablemente responsables de una cantidad muy desproporcionada de producción global de DMS. Estos «puntos críticos» en microescala son áreas que rodean ciertas células de fitoplancton donde están presentes cantidades extremadamente altas de DMSP a aproximadamente mil veces mayor que la concentración oceánica promedio.

«Realmente hicimos un experimento de incubación conjunta entre las bacterias modificadas y un fitoplancton productor de DMSP», dice Gao. El experimento mostró «que, de hecho, las bacterias aumentaron su expresión de la vía productora de DMS, más cerca del fitoplancton».

El nuevo análisis debería ayudar a los investigadores a comprender los detalles clave de cómo estos organismos marinos microscópicos, a través de su comportamiento colectivo, están afectando los procesos biogeoquímicos y climáticos a escala global, dicen los investigadores.


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