Un nuevo estudio, liderado por la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) y la Universidad de Columbia, identifica un conjunto diverso de moléculas liberadas por el fitoplancton marino que alimentan la vida microbiana y contribuyen al ciclo del carbono de la Tierra. Si bien los científicos saben que el carbono se transporta a través de una red invisible de fitoplancton y otros microbios en la superficie del océano, los compuestos específicos han sido un misterio durante mucho tiempo. Estos compuestos son pequeños, químicamente difíciles de detectar en agua de mar salada y son consumidos rápidamente por otros organismos casi inmediatamente después de su producción.
Por la Institución Oceanográfica Woods Hole
Los resultados se publican en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
El fitoplancton, un tipo de organismo microscópico, absorbe dióxido de carbono y lo convierte en carbono orgánico mediante la fotosíntesis, al igual que las plantas. Cada año, este proceso transporta decenas de miles de millones de toneladas de carbono a través de la superficie oceánica iluminada por el sol y contribuye al oxígeno del aire que respiramos. Estos enormes flujos naturales de carbono ponen de manifiesto el papel fundamental que desempeña la superficie oceánica en la regulación del ciclo del carbono de la Tierra.
«Para este estudio, colocamos seis especies de fitoplancton que representan los principales grupos de fitoplancton marino en condiciones controladas. Contaban con los nutrientes y la luz necesarios para su crecimiento», explicó Yuting Zhu, coautora principal del estudio y antigua investigadora postdoctoral de WHOI, ahora en la Universidad Old Dominion. «Mediante un método de marcaje químico desarrollado en WHOI, pudimos cuantificar la composición de pequeñas moléculas biológicamente disponibles liberadas por microorganismos abundantes a nivel mundial».
Estos compuestos representaron hasta el 23% del carbono orgánico disuelto que liberó el fitoplancton y pueden sustentar una parte sustancial del metabolismo microbiano en el océano global.
Sin embargo, muchas bacterias son especialistas metabólicas, es decir, selectivas en su alimentación. El estudio reveló que las distintas especies de fitoplancton liberan combinaciones específicas de metabolitos, incluyendo compuestos de carbono que también contienen nitrógeno, fósforo y azufre. Dado que las bacterias varían en las moléculas que pueden consumir, el «menú» químico que produce el fitoplancton ayuda a determinar qué comunidades microbianas prosperan en las diferentes zonas del océano.
«Los hallazgos ayudan a esclarecer un misterio de larga data sobre la composición de las «monedas químicas» que transportan los microbios en la superficie del océano», afirmó Sonya Dyhrman, coautora del estudio y profesora de ciencias de la Tierra y del medio ambiente en el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia. «Lo concibo como una economía microbiana del carbono . Al identificar las monedas producidas por el fitoplancton, los científicos pueden comenzar a construir representaciones más realistas de cómo las comunidades microbianas marinas reciclan miles de millones de toneladas de carbono».
Para explorar las implicaciones más amplias, el equipo, que también incluye investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y del Laboratorio de Biología Marina, combinó mediciones de laboratorio con modelos de ecosistemas globales. Sus resultados sugieren que los metabolitos derivados del fitoplancton podrían aportar hasta el 5 % de las necesidades diarias de carbono de SAR11, uno de los grupos de bacterias más abundantes en la superficie oceánica.
La investigación se llevó a cabo en el marco del Centro de Monedas Químicas de un Planeta Microbiano, un centro de ciencia y tecnología que investiga cómo las moléculas pequeñas rigen las interacciones entre los microorganismos en los ecosistemas terrestres.
«Comprender estos intercambios es fundamental porque una gran parte del ciclo del carbono de la Tierra pasa a través de este sistema microbiano, pero aún no lo comprendemos del todo», dijo la directora del centro y coautora del estudio, la científica sénior de WHOI, Elizabeth Kujawinski.
«Si comprendemos qué moléculas libera el fitoplancton y qué moléculas pueden absorber las bacterias, podremos empezar a construir modelos de cómo interactúan estos organismos. Concebimos la superficie oceánica como una red, donde el fitoplancton y las bacterias están conectados por moléculas: algunos compuestos alimentan a muchas bacterias diferentes, mientras que otros solo sustentan a unas pocas.»
Futuros estudios investigarán cómo las condiciones ambientales, como la limitación de nutrientes, los cambios de temperatura y la acidificación de los océanos, alteran las moléculas que libera el fitoplancton y cómo responden las comunidades microbianas a esas «monedas químicas».
Detalles de la publicación
Yuting Zhu et al., Caracterización de metabolitos excretados por fitoplancton que median el flujo de carbono a través de la superficie oceánica, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2026). DOI: 10.1073/pnas.2531765123
