El efecto del hierro sobre los niveles de CO2 en la respiración microbiana oceánica
La mayor parte de la biomasa del océano está compuesta por fitoplancton y bacterias. En la superficie oceánica, el fitoplancton captura la energía solar y, a través de la fotosíntesis, absorbe dióxido de carbono (CO2) y libera oxígeno gaseoso (O2). Por el contrario, las bacterias usan O2 para crecer, liberando CO2 durante la respiración. «Cada año, se capturan cerca de diez mil millones de toneladas de carbono en la superficie oceánica, la misma cantidad que las emisiones mundiales de CO2 de origen antrópico —comenta Marion Fourquez, beneficiaria de una beca de investigación individual Marie Skłodowska-Curie del proyecto BULLE, financiado con fondos europeos—. Pero se desconoce el destino de todo ese CO2. En lugar de ser capturado en las profundidades del océano por bacterias, las bacterias podrían estar usándolo en su respiración». El «equilibrio metabólico» del océano, esto es, la diferencia entre la tasa de captura de CO2 a través de la fotosíntesis y la emisión de CO2 a la atmósfera por la respiración, tiene repercusiones climáticas de gran calado. «Si bien la respiración bacteriana representa cerca del 50-90 % de la respiración total en los océanos, su papel fundamental en la captura oceánica de CO2 sigue sin examinarse», agrega Fourquez, de la Universidad de Aix-Marseille, la entidad anfitriona del proyecto. En BULLE se evaluó el «cociente respiratorio» (CR), la relación entre el volumen de CO2 consumido y el O2 producido, a fin de ayudar a calcular la captura oceánica de CO2.
Equilibrio metabólico del océano
Si predomina la fotosíntesis, el océano se encuentra en un estado de «autotrofia» neta, en el que el fitoplancton produce una mayor cantidad de O2 y materia orgánica que la que consumen otros organismos, como las bacterias durante la respiración. Cuando predomina la respiración, el océano puede convertirse en un contribuyente neto de CO2 atmosférico, una dinámica menos conocida, en parte, porque las técnicas convencionales no permiten medir de forma adecuada el CO2 liberado por la respiración microbiana. Por tanto, la tasa de respiración siempre se mide como tasa de consumo de O2 y, después, se convierte en tasa de CO2 mediante la aplicación de un CR, un procedimiento en el que la mayoría de los estudios asume un CR fijo de uno. «La fuente de carbono utilizada en la respiración bacteriana cambia en teoría el CR, lo que lo hace variable. Mi hipótesis era que las rutas metabólicas alternativas, que quizá surgieron como una adaptación al estrés, también pueden influir en el CR», explica Fourquez. «Fuimos los primeros en descubrir que el CR disminuye de forma notable cuando las células bacterianas se ven privadas de hierro, un hecho relevante porque hasta una tercera parte de los océanos del planeta están desprovistos de hierro, lo que genera incertidumbre en los cálculos actuales sobre el ciclo del carbono».
Estudios a nivel celular y de comunidad
El equipo de BULLE combinó diferentes técnicas para medir el CR en bacterias marinas, tanto en el laboratorio (condiciones controladas con más biomasa y, por ende, una señal más alta) como en el campo (menor biomasa, lo que implica que la señal registrada por los sensores es más débil). En el laboratorio, se empleó la espectrometría de masas con entrada de membrana para medir la producción de CO2 y el consumo de O2 en la respiración bacteriana. «Este método no se había empleado antes para tal fin. Aun así, logramos ponerlo en práctica con múltiples sensores para la temperatura, el pH, etc.», observa Fourquez. Durante la expedición SWINGS al océano Antártico, Fourquez desarrolló un nuevo método basado en el marcaje con isótopos estables (13C) para medir la producción de CO2 y la asimilación de carbono en células bacterianas durante la respiración. «Esto me permitió llevar a cabo un seguimiento del carbono desde el medio ambiente a la célula y, después, de su liberación tras la respiración», explica Fourquez. Para estimar con precisión el CR en varios lugares, se combinaron diferentes técnicas, ante todo la NanoSIMS, la espectrometría de masas de Gasbench, el método tradicional de Winkler y sensores de O2 modernos.
Modelización de la cuota mundial de carbono
La magnitud y variabilidad de la respiración microbiana es un factor determinante de la desoxigenación oceánica, que provoca la pérdida de la vida acuática. Se prevé una mayor pérdida de oxígeno en latitudes medias y altas, exacerbada por el aumento de la respiración. «Nuestra combinación innovadora de espectrometría de masas y tecnologías biomoleculares puede ayudar ya a mejorar la comprensión del ciclo del oxígeno en los océanos», concluye Fourquez. Fourquez aspira ahora a modelizar la cuota mundial de carbono, así como a desarrollar bioindicadores de fácil uso para supervisar y prevenir fenómenos episódicos de desoxigenación.
Palabras clave
BULLE, fotosíntesis, fitoplancton, respiración microbiana, carbono, océano, hierro, oxígeno, espectrometría de masas
