Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y de la Universidad de California en Santa Cruz han detectado una clase de fijación de nitrógeno previamente hipotética en la superficie del océano.
por Anne M Stark, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
La escasez de nitrógeno limita el crecimiento del fitoplancton oceánico , un sumidero de carbono de importancia mundial y la base de la red alimentaria marina. El nitrógeno que puede ser utilizado por el fitoplancton generalmente tiene una concentración muy baja en la capa iluminada por el sol del océano abierto, pero las dos fuentes principales de nitrógeno nuevo en la superficie de los océanos son el nitrato que sube de las profundidades y la «fijación» biológica de nitrógeno de N 2 gas de la atmósfera por algunas cianobacterias.
En una nueva investigación publicada en Nature Communications , el equipo descubrió que una clase alternativa de fijadores de nitrógeno, que no son fotosintéticos, están asociados con partículas marinas y fijan nitrógeno en algunas partes del océano.
«Durante más de tres décadas, los científicos han sabido que esta clase alternativa de organismo fijador de nitrógeno está muy extendida en la superficie de los océanos, pero hasta ahora carecíamos de evidencia directa de que realmente puedan fijar nitrógeno», dijo la autora principal y ex becaria graduada de LLNL, Katie Harding. Harding era un estudiante graduado en UC Santa Cruz en el laboratorio de Jonathan Zehr, quien ha pasado décadas estudiando la fijación de nitrógeno marino.
El científico del LLNL, Xavier Mayali, dijo que fue un desafío encontrar esta actividad.
«Lo encontramos porque pudimos usar nuestro instrumento nanoSIMS para localizar células individuales en partículas marinas», dijo Mayali. «Entonces, los fijadores de nitrógeno que no son fotosintéticos no parecen flotar libremente, sino que están adheridos a los detritos marinos que eventualmente se hunden en las profundidades del océano «.
En la nueva investigación, los miembros del equipo utilizaron el etiquetado de isótopos estables raros combinados de carbono (C) y nitrógeno (N) para poder separar los organismos que incorporaron tanto N como C (como las cianobacterias fotosintéticas fijadoras de N) de aquellos que solo incorporaron N ( organismos fijadores de nitrógeno no cianobacterianos).
El instrumento nanoSIMS en LLNL permite cuantificar los isótopos raros de C y N a nivel de una sola célula y pudo detectar los fijadores de N hipotéticos después de que las muestras se incubaran en el mar con gas N 2 y CO 2 etiquetados .
Todavía no se sabe cuál es la importancia de este hallazgo para la salud de los océanos.
«Un mayor crecimiento del fitoplancton, parcialmente impulsado por la entrada de nitrógeno, podría beneficiar a la vida marina», dijo Mayali. «Si las partículas marinas que se hunden tienen más nitrógeno de esta actividad, podría hacerlas más nutritivas para los organismos que viven en las profundidades del mar».
Una mejor comprensión de las fuentes de N del océano también afecta la capacidad de predecir la absorción de C del océano porque el fitoplancton marino generalmente está limitado por el N. Si tienen suficiente N, absorberán más C de la atmósfera. Entonces, aunque los organismos recién descubiertos no son fotosintéticos, el N que fijan podría ser utilizado en el futuro por organismos que fijan C. Además, el hundimiento de los detritos marinos, donde se encontraron estos fijadores de N, es uno de los principales mecanismos de secuestro natural de C en los océanos.
El enfoque de etiquetado dual de isótopos tiene aplicaciones en otros campos, como el almacenamiento de C en suelos y biocombustibles. «Podemos usar este método para buscar este tipo de organismos en los suelos y en cultivos de algas que producen biocombustibles, especialmente en ambientes pobres en N donde los organismos fijadores de N serán importantes para la salud del ecosistema», dijo Mayali.
Más información: Katie J. Harding et al, Las mediciones específicas de células muestran la fijación de nitrógeno por diazotrofos putativos no cianobacterianos unidos a partículas en el giro subtropical del Pacífico Norte, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34585-y
