Durante décadas, los químicos marinos se han enfrentado a una esquiva paradoja. Las aguas superficiales de los océanos del mundo están sobresaturadas con metano de gases de efecto invernadero, aunque la mayoría de las especies de microbios que pueden generar el gas no pueden sobrevivir en aguas superficiales ricas en oxígeno.¿De dónde viene exactamente todo el metano? Este enigma de larga data, conocido como la "paradoja del metano marino", finalmente pudo haberse resuelto gracias a un nuevo estudio de la Institución Oceanográfica Woods Hole WHOI.
Según el geoquímico de WHOI Dan Repeta, la respuesta puede estar en las complejas formas en que las bacterias descomponen la materia orgánica disuelta, un cóctel de sustancias excretadas en el agua de mar por organismos vivos.
En un documento publicado en la edición del 14 de noviembre de 2016 de la revista Geociencia de la naturaleza , Repeta y sus colegas de la Universidad de Hawai descubrieron que gran parte de la materia orgánica disuelta del océano está compuesta de nuevos polisacáridos, largas cadenas de moléculas de azúcar creadas por bacterias fotosintéticas en el océano superior. Las bacterias comienzan a romper lentamente estos polisacáridos,arrancando pares de átomos de carbono y fósforo llamados enlaces CP de su estructura molecular. En el proceso, los microbios crean gases de metano, etileno y propileno como subproductos. La mayor parte del metano se escapa a la atmósfera.
"Todas las piezas de este rompecabezas estaban allí, pero estaban en diferentes partes, con diferentes personas, en diferentes laboratorios, en diferentes momentos", dice Repeta. "Este documento unifica muchas de esas observaciones".
El metano es un potente gas de efecto invernadero, y es importante comprender las diversas fuentes de metano en la atmósfera. Los hallazgos del equipo de investigación describen una vía totalmente nueva para la producción microbiana de metano en el medio ambiente, que es muy diferente a todas las demás conocidascaminos.
Antes de este estudio, los investigadores como Repeta habían sospechado durante mucho tiempo que los microbios estaban involucrados en la creación de metano en el océano, pero no pudieron identificar a los responsables exactos.
"Inicialmente, la mayoría de los investigadores buscaron microbios que viven en entornos aislados con poco oxígeno, como las tripas de los peces o los camarones, pero rápidamente se dieron cuenta de que no podía ser un factor importante. Demasiada agua oxigenada fluye a través de ellos", diceRepeta. Muchos investigadores también examinaron el material floculento: fragmentos de excrementos de animales con aspecto de nieve y otros materiales orgánicos que flotan en las aguas oceánicas. "Algunos de ellos también tienen condiciones de bajo oxígeno dentro de ellos", dice, "pero finalmente no lo hicieron.resultan ser una fuente importante de metano tampoco "
En 2009, uno de los coautores de Repeta, David Karl, encontró una pista importante para el rompecabezas. En el laboratorio, agregó a las muestras de agua de mar un químico humano llamado metilfosfonato, que es rico en enlaces CP., las bacterias dentro de las muestras inmediatamente comenzaron a producir metano, lo que demuestra que pudieron aprovechar los enlaces de CP proporcionados por el químico. Dado que el metilfosfonato nunca se había detectado en el océano, Repeta y su equipo razonaron que las bacterias en la naturaleza deben estar encontrandootra fuente natural de bonos de PC. Sin embargo, exactamente cuál era esa fuente, seguía siendo difícil de alcanzar.
Después de analizar muestras de materia orgánica disuelta de las aguas superficiales en el Pacífico norte, Repeta encontró una posible solución. Los polisacáridos en su interior tenían enlaces CP idénticos a los encontrados en metilfosfonato, y si las bacterias pudieran descomponerlosmoléculas, podrían acceder al fósforo contenido en él.
Para confirmar esta idea, Repeta y su equipo incubaron bacterias del agua de mar en diferentes condiciones, agregando nutrientes como glucosa y nitrato a cada lote. Nada parecía ayudar a las bacterias a producir metano, hasta que, es decir, agregaron polisacáridos puros aislados deagua de mar. Una vez que estaban en la mezcla, la actividad de las bacterias aumentó y los viales comenzaron a escupir grandes cantidades de metano.
"Eso nos hizo pensar que es un sistema de dos partes. Tienes una especie que hace enlaces de PC pero no puede usarlos, y otra especie que puede usarlos pero no hacerlos", dice.
Repeta y otro coautor, Edward DeLong, un oceanógrafo microbiano de la Universidad de Hawái, comenzaron a explorar cómo las bacterias metabolizan la materia orgánica disuelta. Mediante un proceso llamado metagenómica, DeLong catalogó todos los genes que pudo encontrar en una muestra deagua de mar del Pacífico norte. En el proceso, encontró genes responsables de romper los enlaces CP, lo que permitiría a las bacterias extraer fósforo de los átomos de carbono. Aunque DeLong no estaba seguro de qué bacterias podrían hacer esto, una cosa estaba clara: siel gen estaba activo, le daría a un organismo acceso a un nutriente importante pero raro en el agua de mar.
"El medio del océano es un sistema limitado en nutrientes", dice Repeta. "Para producir ADN, ARN y proteínas, se necesita nitrógeno y fósforo, pero en el océano abierto, esos nutrientes están en concentraciones tan bajas queson casi inconmensurables ". En lugar de utilizar nutrientes que flotan libremente en el agua, dice Repeta, el estudio de DeLong demostró que los microbios de alguna manera deben poder penetrar en el nitrógeno y el fósforo ocultos en el interior de las moléculas orgánicas.
Aunque el último artículo de Repeta confirma que de hecho es posible que las bacterias rompan los enlaces de CP, señala que todavía no es un medio particularmente fácil de obtener nutrientes. Con el fósforo atado a las moléculas orgánicas, puede ser extremadamente difícil para las bacteriasSi los microbios pueden encontrar otras fuentes de nutrientes, dice, inevitablemente las usarán primero.
"Piensa en ello como un buffet", dice Repeta. "Si eres un microbio, los nutrientes inorgánicos son como las frutas y las carnes y todas las cosas sabrosas que alcanzas de inmediato. Los nutrientes orgánicos son más como restos de hígado.Realmente no quiero comerlo, pero si tienes suficiente hambre, lo harás. Las bacterias tardan años en comerse el fósforo orgánico en la parte superior del océano. No sabemos exactamente por qué, pero hay otra muy interesante.historia allí si podemos resolverlo "
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Materiales proporcionado por Institución Oceanográfica Woods Hole . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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