Es bien sabido que los hidratos de gas natural, redes cristalinas de moléculas de agua unidas por hidrógeno que encapsulan pequeñas moléculas de hidrocarburos, en los fondos oceánicos constituyen tanto un acelerador potencial del cambio climático como una de las mayores fuentes de energía de la Tierra. Pero si las enormes cantidades de gas natural que están tan confinadas permanecen encerradas de forma segura en jaulas de hidratos cristalinos, o si se liberan en el océano para convertirse potencialmente en gases de efecto invernadero atmosféricos, puede depender en parte de una simbiosis inusual en el fondo marino entre los gusanos y sus vecinos microbianos. .

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Tandon de la NYU descubrieron que este ecosistema natural que involucra gusanos plumeros (Sabellidae, Annelida) y bacterias generadoras y absorbentes de calor (Archaea) que consumen metano enclatrado, o encerrado en una estructura cristalina, por hidratos en Los ambientes marinos profundos juegan un papel clave en el mantenimiento del equilibrio que mantiene los hidratos congelados.

Buscando examinar la influencia que las sutiles fluctuaciones de temperatura pueden tener en la estabilidad dinámica de los depósitos de hidratos, los investigadores, dirigidos por Ryan Hartman, profesor de ingeniería química y biomolecular en NYU Tandon, encontraron que los gusanos plumero, que prosperan alrededor de hidratos cristalinos, al consumir selectivamente bacterias generadoras de calor llamadas metanótrofas que metabolizan el metano, frenan la fusión potencial de estas estructuras cristalinas (liberando metano atrapado) debido al metabolismo exotérmico de los microbios.

En un estudio recientemente publicado, "La simbiosis entre microbios y gusanos estabiliza los hidratos de metano en entornos marinos profundos", en Energy &Fuels Los investigadores, incluido el autor principal Tianyi Hua, Maisha Ahmad y Tenzin Choezin, simularon el ecosistema resolviendo el balance de energía asociado y la cinética de disociación del hidrato de metano. Examinaron y analizaron la tasa de disociación, la tasa a la que los hidratos congelados se descomponen en componentes moleculares, y descubrieron que la simbiosis establecida entre los metanógenos (bacterias productoras de metano), los metanótrofos y los gusanos plumeros estabiliza los hidratos de metano en las profundidades donde se encuentran los cristales. expuesto al océano y sus organismos vivos.

Las implicaciones son profundas, ya que grandes cantidades de metano (200 a 500 gigatoneladas de CH₄ ), que se forman espontáneamente a partir de agua y pequeñas moléculas hidrófobas en condiciones específicas de temperatura y presión, se almacenan como hidratos en los océanos de todo el mundo.

"Nuestro descubrimiento muestra matemáticamente el alcance de la simbiosis entre los microbios que consumen hidratos de metano y generan calor y los gusanos plumeros que consumen estos microbios", dijo Hartman. "Es importante porque, en ausencia de los gusanos o un desequilibrio anormal en sus poblaciones, estos microbios podrían generar suficiente calor para derretir los hidratos. Los gusanos comen selectivamente las bacterias que generan la mayor cantidad de calor".

Para examinar cómo el calentamiento de los océanos podría alterar este frágil equilibrio, el equipo combinó registros históricos de temperatura del océano y estimaciones de inventario de hidratos de gas con su modelo; sus hallazgos sugieren que los depósitos de hidratos a una profundidad de hasta 560 metros bajo el nivel del mar ya podrían estar en riesgo, incluso si la temperatura del océano deja de aumentar, y la zona de estabilidad de los hidratos de metano se retirará más profundamente a medida que aumente la temperatura del océano. Además, las disminuciones en la población de gusanos podrían debilitar la supresión de la tasa de crecimiento de metanótrofos, y el consiguiente crecimiento excesivo de metanótrofos generaría cantidades excesivas de calor, desestabilizando aún más los hidratos.

Por otro lado, un aumento en la actividad microbiana metanogénica haría que el sistema fuera más endotérmico y, por lo tanto, fortalecería la tolerancia a las fluctuaciones de temperatura cercanas al límite de la fase de hidrato de metano.

"Retardar el retroceso de esta dinámica biológica hacia aguas más profundas podría ayudar a retrasar o frustrar la liberación masiva de gases de efecto invernadero en el mar", dijo. "Si los gases se recristalizan o llegan a la superficie del océano es un tema de investigación muy debatido e importante".