A medida que el planeta se ha calentado, los científicos han estado preocupados durante mucho tiempo por la posibilidad de que gases nocivos de efecto invernadero se filtren desde el deshielo del permafrost ártico. Estimaciones recientes sugieren que para 2100 la cantidad de dióxido de carbono y metano liberados por estas tierras perpetuamente congeladas podría estar a la par de las emisiones de los grandes países industriales. Sin embargo, una nueva investigación dirigida por un equipo de científicos del microbioma de la Universidad Estatal de Colorado sugiere que esas estimaciones podrían ser demasiado bajas.
Los microorganismos son responsables del proceso que generará gases de efecto invernadero a partir del deshielo de las turberas del norte, que contienen alrededor del 50% del carbono del suelo del mundo. Por ahora, muchos de los microbios de este entorno están congelados e inactivos.
Pero a medida que la tierra se derrite, los microbios "despertarán" y comenzarán a agitar el carbono del suelo. Este proceso natural, conocido como respiración microbiana, es lo que produce las emisiones de dióxido de carbono y metano pronosticadas por los modelos climáticos.
Actualmente, estos modelos suponen que esta comunidad de microorganismos, conocida como microbioma, descompondrá algunos tipos de carbono pero no otros. Pero el trabajo dirigido por el CSU publicado esta semana en la revista Nature Microbiology proporciona nueva información sobre cómo se comportarán estos microbios una vez activados. La investigación demuestra que los microbios del suelo incrustados en el permafrost perseguirán una clase de compuestos que antes se pensaba que eran intocables en determinadas condiciones:los polifenoles.
"Había estos charcos de carbono (por ejemplo, donas, pizza y papas fritas) y nos sentíamos cómodos con la idea de que los microbios iban a usar estas cosas", dijo Bridget McGivern, investigadora postdoctoral de CSU y primera autora del artículo.
"Pero luego estaba otra cosa, la comida picante; no creíamos que a los organismos les gustara la comida picante. Pero lo que nuestro trabajo está mostrando es que en realidad hay organismos que la comen, por lo que no se quedará simplemente como carbono". , se va a descomponer."
Una mayor cantidad de carbono descompuesto por la respiración microbiana producirá emisiones adicionales de gases de efecto invernadero. Pero este nuevo hallazgo también tiene otras implicaciones. Algunos científicos habían teorizado previamente que agregar polifenoles al permafrost ártico que se está derritiendo podría potencialmente "apagar" estos microorganismos por completo, atrapando efectivamente una enorme reserva de carbono potencialmente problemático en el suelo. El concepto se conoce como teoría del bloqueo enzimático.
Esa ya no parece ser una opción viable, afirmó Kelly Wrighton, profesora asociada en el Departamento de Ciencias del Suelo y Cultivos de la Facultad de Ciencias Agrícolas, cuyo laboratorio dirigió el trabajo.
"No sólo pensamos que estos microbios no comían polifenoles", dijo Wrighton, "pensamos que si los polifenoles estaban allí, era como si fueran tóxicos y dejarían a los microbios en inactividad".
El microbioma del suelo a menudo se ha considerado una especie de caja negra debido a su complejidad. Wrighton espera que esta nueva información sobre el papel de los polifenoles en el permafrost ayude a cambiar esa percepción.
"Me gustaría superar estas suposiciones de caja negra", dijo. "No podemos diseñar soluciones si no entendemos el cableado y las tuberías subyacentes de un sistema".
Desvelar la relación entre los microbios del suelo y los polifenoles ha llevado años a McGivern, quien comenzó a examinar este tema mientras trabajaba en su doctorado en el laboratorio de Wrighton en 2017.
McGivern comenzó con una pregunta sencilla. Los científicos supusieron que sin oxígeno los microbios del suelo no podrían descomponer los polifenoles. Sin embargo, los microbios intestinales no necesitan oxígeno para batir el compuesto; así es como los humanos extraen beneficios antioxidantes saludables de sustancias ricas en polifenoles como el chocolate y el vino tinto.
McGivern se preguntó por qué el proceso sería diferente en los suelos, una pregunta que es particularmente relevante para el permafrost o las tierras inundadas que contienen poco o nada de oxígeno.
"La motivación de gran parte de mi doctorado fue ¿cómo podrían existir estas dos cosas?" Dijo McGivern. "¿Los organismos de nuestro intestino pueden descomponer los polifenoles, pero los organismos del suelo no? La realidad es que nadie en el suelo se había fijado en ello."
McGivern y Wrighton probaron con éxito la teoría en un experimento de laboratorio y publicaron un estudio de prueba de concepto en 2021. El siguiente paso fue probarla en el campo. El equipo obtuvo acceso a muestras de un sitio de investigación en el norte de Suecia, un lugar que los científicos han utilizado durante años para examinar cuestiones relacionadas con el permafrost y el microbioma del suelo.
Pero antes de que McGivern pudiera buscar evidencia de degradación de polifenoles en las muestras centrales, primero tuvo que crear una base de datos de secuencias genéticas que correspondían al metabolismo de los polifenoles. McGivern examinó miles de páginas de literatura científica existente, catalogando las enzimas del ganado, el intestino humano y algunos suelos que se sabía que eran responsables del proceso.
Una vez que construyó la base de datos, McGivern comparó los resultados con las secuencias genéticas expresadas por los microbios en las muestras centrales. Efectivamente, dijo, el metabolismo de los polifenoles estaba ocurriendo.
"Lo que encontramos fue que se expresaban genes en 58 vías diferentes de polifenoles", dijo McGivern. "Entonces, estamos diciendo que los microorganismos no sólo pueden potencialmente hacerlo, sino que en realidad, en el campo, expresan los genes para este metabolismo".
Aún así, se necesita más trabajo, afirmó McGivern. No saben qué podría limitar el proceso o las velocidades a las que se produce el metabolismo, ambos factores importantes para eventualmente cuantificar la cantidad de emisiones adicionales de gases de efecto invernadero que podrían liberarse del permafrost.
"El objetivo de esto es construir una mejor comprensión predictiva para que tengamos un marco que realmente podamos manipular", dijo Wrighton. "La crisis climática a la que nos enfrentamos es muy rápida. ¿Pero podemos modelarla? ¿Podemos predecirla? La única forma de llegar allí es comprender realmente cómo funciona algo".
Más información: Bridget McGivern et al, Un caché de metabolismos de polifenoles descubierto en microbiomas de turberas, Nature Microbiology (2024). DOI:10.1038/s41564-024-01691-0
Información de la revista: Microbiología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Estatal de Colorado
