Una bacteria poco común contribuye a la eliminación del nitrógeno en los océanos

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    Un estudiante de doctorado de la UW, Vega Shah, mide el crecimiento en cultivos de bacterias en el laboratorio
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Un equipo de la Universidad de Washington (UW) ha arrojado nueva información sobre una bacteria común pero poco conocida que se sabe que vive en aguas profundas.

Mediante el cultivo y la secuenciación del genoma completo de estos microbios, los oceanógrafos descubrieron que contribuyen significativamente a la eliminación del nitrógeno que sustenta la vida en el agua de maneras nuevas y sorprendentes.

"Si queremos entender cómo están funcionando los océanos y ser capaces de modelarlos cualquier tipo de forma predictiva, tenemos que entender con mayor precisión cuáles son las entradas y salidas", dice el autor principal, Robert Morris, profesor asociado de Oceanografía en la Universidad de Washington. "Éste es un organismo importante que fija carbono, que está involucrado en la pérdida de nitrógeno y se encuentra en partes del océano que están cambiando debido al cambio climático. Ahora tenemos el primer cultivo en el laboratorio y podemos estudiar su fisiología", añade.

Una sola célula de las bacterias de la zona de bajo oxígeno cultivadas en el laboratorio de la UW al microscopio

Las tortugas marinas y ballenas pueden ser las criaturas carismáticas del mar, pero los verdaderos capos del océano constituyen el 98 por ciento de la biomasa del océano y, sin embargo, individualmente son demasiado pequeños para verse a simple vista. Los microbios marinos, un grupo diverso de organismos que incluye microalgas, virus, bacterias y arqueas, son la base de la cadena alimentaria marina y son responsables de controlar gran parte del flujo de nutrientes del océano y de la salud.

Sin embargo, dada su prevalencia, se sabe muy poco acerca de cómo interactúan y llevan a cabo los procesos fundamentales en el océano, particularmente en aguas profundas, de bajo oxígeno, donde los efectos del cambio climático son cada vez significativos. En estas zonas, hasta la mitad de todo el nitrógeno disponible --un nutriente que es esencial para toda la vida del océano-- se pierde debido a la velocidad de los procesos microbianos por la mayor temperatura del agua del océano y menor circulación.

El organismo investigado por estos científicos, que ha recibido el nombre de 'Candidatus Thioglobus autotrophicus', está presente en aguas pobres en oxígeno en todo el mundo y es uno de los organismos dominantes en estas áreas, entre el 40 y el 60 por ciento de todas las células en algunas regiones, según detallan los autores en un artículo que se ha publicado en 'Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology'.

Los seres vivos utilizan el oxígeno para sus actividades metabólicas, pero en zonas con poco oxígeno, las bacterias y las arqueas han evolucionado para "respirar" otros elementos disponibles en el agua de mar. Uno de ellos es una sustancia química llamada nitrato que, respirado, produce nitrógeno gaseoso. Este gas escapa a la atmósfera, dejando el océano y eliminando el valioso nitrógeno del agua.

Este gas escapa a la atmósfera, dejando el océano y eliminando el valioso nitrógeno del agua

Las bacterias cultivadas y secuenciadas por los oceanógrafos de la UW se han catalogado como importantes en la eliminación de nitrógeno del océano, pero hasta ahora los científicos no tenían una imagen completa de cómo sucedía. "Estamos llenando los vacíos, proporcionando un genoma completo --dice la autora Vega Shah, estudiante de doctorado en Oceanografía de la Universidad de Washington--. Ahora podemos hablar tanto de lo que estos organismos pueden como de lo que no pueden hacer".

Implicados en un paso clave en la eliminación de nitógeno

El equipo de investigación confirmó que las bacterias están contribuyendo a la pérdida de nitrógeno, pero de una manera diferente de lo esperado. Más específicamente, son responsables de un paso clave --la conversión de nitrato a una sustancia química similar llamada nitrito-- que luego pasa a alimentar otros procesos de eliminación de nitrógeno.

La investigación anterior había planteado la hipótesis de que estos microbios también producen amoniaco, otro producto químico que contiene nitrógeno. En lugar de ello, el equipo de la UW encontró que los microbios consumen amoniaco, esencialmente compitiendo con otros organismos por este compuesto de nitrógeno que también es importante para el crecimiento y el desarrollo.

A escala mundial, las áreas del océano donde viven estas bacterias son cada vez más grandes a medida que el cambio climático crea condiciones que producen zonas de bajo oxígeno, como temperaturas más calientes del océano y menor circulación de agua. "Lo más importante es que sabemos que diferentes tipos de zonas de mínimo oxígeno que albergan estos organismos son cada vez más grandes y más persistentes --detalla Shah--. Por lo tanto, toda la influencia que estos microorganismos tienen en la química del agua y la atmósfera se volverá más y más importante, básicamente, porque su hábitat se está expandiendo".

El cultivo de este organismo en el laboratorio no fue una tarea fácil. Los oceanógrafos de la UW combinaron varias técnicas para cultivar las bacterias lo más cerca posible a su ambiente nativo del océano y les costó casi un año para estabilizarlos hasta el punto que los investigadores pudieran empezar a hacer experimentos fisiológicos. Incluso los experimentos les llevaron más tiempo de lo normal, debido a que estos organismos crecen mucho más lentos que la mayoría de los cultivos desarrollados en el laboratorio.

Los investigadores continuarán su investigación para desenterrar el papel que esta bacteria desempeña en los ciclos de carbono y azufre de los océanos. También recibieron recientemente fondos de la Fundación Nacional de Ciencias para estudiar este organismo y sus familiares en otras áreas de bajo oxígeno en todo el mundo, incluyendo en las costas de México.

Los investigadores a bordo del buque de investigación Thomas G. Thompson

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