Los microbios y el carbono del subsuelo marino
Los microbios del subsuelo marino descomponen materia orgánica enterrada y regulan complejos procesos de mineralización. Sin embargo, se desconoce cómo los microbios obtienen nutrientes y energía metabólica suficientes en este entorno oligotrófico. El equipo del proyecto financiado por la Unión Europea DEEP CARBON FLUX (Energy and carbon food webs of the deep sub-seafloor biosphere) investigó los mecanismos de control energético y cinético de procesos metabólicos en los sedimentos marinos. El estudio se centró en el papel de ácidos orgánicos pequeños como intermediarios clave en el metabolismo microbiano. Para abordar los objetivos específicos de la investigación, el equipo también desarrolló nuevas técnicas analíticas, incluyendo la cromatografía iónica 2D combinada con la detección por espectrometría de masas para cuantificar ácidos orgánicos individuales. La investigación conllevó la realización de campañas de perforación oceánica para obtener testigos de sedimentos marinos en cuatro zonas de estudio en los mares Báltico y del Norte y en los océanos Atlántico y Pacífico. Los trabajos de perforación formaban parte de dos programas de perforación internacional a gran escala realizados por el Programa Internacional para el Descubrimiento del Océano (IODP, Exp. 337 y Exp. 347) e incluyen el pozo de sondeo más profundo del mundo que se ha perforado nunca en el lecho oceánico, con una profundidad de aproximadamente 2,5 km bajo el fondo marino (IODP Exp. 337). En primer lugar, el equipo desarrolló el nuevo método analítico para el análisis de ácidos grasos volátiles (AGV) como el formiato, el acetato y el propionato en muestras marinas. La técnica fue empleada para separar los AGV de iones cloruro y sulfato y, posteriormente, separar AGV individuales. La técnica permitió la cuantificación directa de los AGV a partir de agua de mar sin pasos adicionales de pretratamiento de las muestras. Los investigadores emplearon el método para evaluar las concentraciones de formiato, acetato y propionato en muestras de agua intersticial de las cuatro zonas de estudio. Los resultados señalaron que las concentraciones eran sorprendentemente constantes y que dependían de la zonación bioquímica de nutrientes y de las rutas metabólicas microbianas predominantes. El estudio concluyó que los microbios controlan las concentraciones de los AGV. Por ejemplo, el umbral de concentración para el acetato, nivel por debajo del cual este compuesto ya no puede ser empleado por las bacterias, refleja las limitaciones fisiológicas de células microbianas. Por tanto, ni la termodinámica ni la difusión permiten explicar el reciclaje de los AGV. En su lugar, procesos celulares como el transporte de membrana o la activación de sustratos desempeñan probablemente un papel activo en la regulación de las concentraciones de los AGV en el agua intersticial. Estos procesos afectan a la energía disponible. Sin embargo, los detalles concretos podrían variar dependiendo del tipo de comunidad microbiana presente. A partir de sedimentos del océano Pacífico, obtenidos del pozo de sondeo más profundo jamás realizado en la historia de la perforación oceánica científica (aproximadamente 2,5 km por debajo del fondo marino), los investigadores determinaron posteriormente que el acetato y el formiato son muy abundantes en los sedimentos profundos y son propicios para favorecer el metabolismo basado en el metano en esa zona. El acetato y el formiato son liberados durante la maduración geológica de las fuentes de materia orgánica, proporcionando una oportunidad para favorecer el mantenimiento de la biosfera microbiana profunda enterrada durante decenas de millones de años. Los resultados del proyecto proporcionan una imagen más clara sobre los procesos metabólicos mediante los que los microbios de sedimentos marinos descomponen materia orgánica para obtener energía. En última instancia, el trabajo también podría ser aplicado en técnicas de eliminación o reciclaje de residuos y podría contribuir a estimar el efecto de la generación microbiana de metano en sedimentos, que afecta tanto a las fuentes de energía como a las emisiones de gases de efecto invernadero.
Palabras clave
Microbios, subsuelo marino, carbono, sedimentos, DEEP CARBON FLUX, biosfera del subsuelo profundo del lecho marino, ácidos grasos volátiles, metanogénesis, reducción del sulfato, Programa Internacional para el Descubrimiento del Océano, IODP
