El océano profundo fija carbono de formas inesperadas, revela un estudio

Investigadores de la Universidad de California - Santa Bárbara descubrieron evidencia sorprendente sobre cómo el océano profundo fija carbono, un proceso que funciona de manera muy diferente a lo que se había asumido durante mucho tiempo. Se pensaba que los arqueas oxidantes de amoníaco dominaban la fijación de carbono en las profundidades sin luz, pero los experimentos demostraron que otros microorganismos, especialmente los heterótrofos, realizan mucho más trabajo del que se esperaba. Este hallazgo transforma nuestra comprensión sobre cómo se mueve el carbono en el océano profundo y cómo estabiliza el clima de la Tierra.

El estudio, liderado por la microbióloga oceánica Alyson Santoro, se publicó en la revista Nature Geoscience. Santoro y su equipo buscaron cerrar una brecha de larga data entre las estimaciones de la disponibilidad de nitrógeno y las mediciones de la fijación de carbono inorgánico disuelto (DIC) en aguas profundas. "Algo que hemos estado tratando de entender mejor es cuánto carbono se fija en el océano", comentó Santoro. "Ahora los números concuerdan, lo cual es genial".

El océano es el mayor sumidero de carbono de la Tierra, absorbiendo aproximadamente un tercio de las emisiones de dióxido de carbono de origen humano y ayudando a mantener las temperaturas globales bajo control. Debido a la importancia de esta capacidad natural de amortiguación, los científicos están interesados en desentrañar los complejos procesos que controlan cómo el carbono entra, se mueve y se almacena en el mar.

Se creía que la mayor parte de la fijación de DIC ocurría en la capa superficial iluminada gracias a los fitoplancton fotosintéticos, pero también se pensaba que una cantidad significativa de fijación no fotosintética tenía lugar en las regiones más profundas y oscuras del océano. En estas aguas sin luz, se asumía que el proceso estaba dominado por arqueas autotróficas que oxidan amoníaco para obtener energía en lugar de utilizar la luz solar.

Sin embargo, al examinar el presupuesto energético basado en nitrógeno de estos microorganismos fijadores de carbono, los investigadores se dieron cuenta de que las matemáticas no concordaban. "Había una discrepancia entre lo que la gente medía cuando salía en un barco para medir la fijación de carbono y lo que se entendía como las fuentes de energía para los microorganismos", explicó Santoro. "Básicamente, no podíamos hacer que el presupuesto funcionara para los organismos que fijaban carbono".

Durante casi diez años, Santoro y la autora principal del artículo, Barbara Bayer, se concentraron en cerrar esta brecha clave en nuestra comprensión del ciclo del carbono en el océano. Estudios anteriores habían probado la idea de que tal vez los arqueas fijadores de carbono eran mucho más eficientes de lo que se asumía, necesitando menos nitrógeno para fijar la misma cantidad de carbono. Sin embargo, su trabajo mostró que esta explicación no se sostenía.

Para el nuevo estudio, los investigadores cambiaron su enfoque y se preguntaron: ¿cuánto contribuyen realmente estos oxidadores de amoníaco a la fijación total de DIC en el océano oscuro? Bayer diseñó un experimento específico para responder a esta pregunta. "Ella ideó una forma de inhibir específicamente su actividad en el océano profundo", explicó Santoro. Al limitar la actividad de estos oxidadores con un químico especializado, el equipo esperaba ver una caída drástica en la fijación de carbono. El inhibidor, el fenilacetileno, demostró no tener otros efectos medibles en otros procesos de la comunidad.

Los resultados indicaron que, a pesar de inhibir a estos arqueas oxidantes de amoníaco, la tasa de fijación de carbono en las áreas estudiadas no disminuyó tanto como se esperaba. Si los arqueas oxidantes de amoníaco no son responsables de tanta fijación de carbono como se creía, otros microorganismos deben estar interviniendo. El grupo de posibles contribuyentes ahora incluye tipos adicionales de microorganismos en la comunidad circundante, particularmente bacterias y algunos arqueas.

"Creemos que esto significa que los heterótrofos, microorganismos que se alimentan de carbono orgánico de microbios en descomposición y otros organismos marinos, están absorbiendo mucho carbono inorgánico además del carbono orgánico que suelen consumir", afirmó Santoro. "Y eso es realmente interesante porque, aunque sabemos que esto es una posibilidad teórica, no teníamos un número cuantitativo sobre qué fracción del carbono en el océano profundo estaba siendo fijada por estos heterótrofos en comparación con los autotrofos. Y ahora lo tenemos".

Los nuevos hallazgos no solo aclaran quién está fijando carbono en profundidad, sino que también proporcionan una nueva perspectiva sobre cómo se estructura y sostiene la red alimentaria del océano profundo. "Hay aspectos básicos de cómo funciona la red alimentaria en el océano profundo que no entendemos", comentó Santoro. "Y pienso en esto como una forma de entender cómo funciona la base de la red alimentaria en el océano profundo".

El trabajo futuro en este ámbito para Santoro y sus colaboradores se centrará en los aspectos más finos de la fijación de carbono en el océano, como la interacción entre el ciclo del nitrógeno y el ciclo del carbono con otros ciclos de elementos en el océano, incluyendo el hierro y el cobre. "Lo otro que estamos tratando de entender es, una vez que estos organismos fijan el carbono en sus células, ¿cómo se vuelve disponible para el resto de la red alimentaria?", observó. "¿Qué tipos de compuestos orgánicos podrían estar filtrándose de sus células que podrían alimentar al resto de la red alimentaria?". La investigación también fue realizada por Nicola L. Paul, Justine B. Albers y Craig A. Carlson en UCSB; Katharina Kitzinger y Michael Wagner en la Universidad de Viena, así como Mak A. Saito en el Instituto Oceanográfico Woods Hole.

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