Las diatomeas son un grupo muy común de algas que se encuentran no solo en los arroyos de agua dulce, Rios y lagos, pero también en aguas marinas. Estos organismos unicelulares son particularmente frecuentes en las aguas del Océano Austral alrededor de la Antártida. Dado un suministro adecuado de nutrientes y luz, las diatomeas pueden multiplicarse con tal fuerza explosiva que crean una "floración" de algas.

Durante su ciclo de crecimiento rápido, las diatomeas absorben grandes cantidades de oligoelementos y nutrientes de la capa de agua superficial, especialmente silicio para formar sus conchas, y zinc, que juega un papel fisiológico vital en su desarrollo. El fuerte agotamiento de nutrientes causado por la floración de algas es más prominente en la capa de agua más alta y afecta la química de muchos de los principales océanos del mundo, un fenómeno descrito por un equipo de investigadores dirigido por Derek Vance, Catedrático de Geoquímica y Petrología en ETH Zurich, en un artículo publicado recientemente en la revista académica Naturaleza Geociencia .

Las diatomeas consumen nutrientes

Los investigadores pueden monitorear la reproducción masiva de estos organismos examinando los perfiles de profundidad de concentración de zinc y silicio en el agua de mar de diferentes océanos:los perfiles son idénticos para ambos elementos, con un agotamiento significativo en el kilómetro superior de la columna de agua. La conclusión del estudio es que esto es causado por la actividad biológica de las diatomeas en la capa superficial alrededor de la Antártida, seguido por el transporte de las masas de agua resultantes agotadas en nutrientes a otras partes del océano en las corrientes.

Agotado de nutrientes, la capa superior del agua fluye en la dirección del Ecuador. Cuando alcanza una latitud de alrededor de 45-50 grados, se hunde debajo de una capa superficial más cálida. Esta capa de agua intermedia se extiende hasta los océanos del norte y no se mezcla completamente con otras capas, y por lo tanto permanece hambriento de nutrientes.

No toda el agua superficial alrededor de la Antártida fluye hacia el Ecuador. Muy cerca del continente antártico, las aguas superficiales se vuelven muy saladas y densas debido a la formación de hielo marino. Esta agua densa se hunde en el abismo. Las algas que florecen en la superficie a menudo terminan en un tipo de muerte masiva una vez que se han agotado todos los nutrientes. Luego se hunden en este océano profundo. A medida que se hunden, algunas diatomeas también son "empaquetadas" en partículas excretadas por diminutas criaturas marinas y, en las profundidades del océano, las células se descomponen y liberan zinc y silicio al agua de mar. Las corrientes oceánicas profundas que viajan hacia el norte transportan los oligoelementos a 5000 metros por debajo de la superficie. Esto permite que el zinc y el silicio se repongan.

El agua del fondo fluye en un bucle ancho en la dirección del Ecuador y de regreso hacia la Antártida, donde el afloramiento vertical transporta los nutrientes enriquecidos a la superficie del agua inundada de luz, permitiendo que las diatomeas comiencen un nuevo ciclo reproductivo.

La contradicción explicada

La idea de acoplar el ciclo de vida de las diatomeas con las corrientes dominantes del Océano Austral también permite a los investigadores dirigidos por el profesor Vance resolver la paradoja de que los perfiles de profundidad del silicio y el zinc son similares. aunque las dos sustancias son necesarias para diferentes partes de las células.

El zinc es necesario para las enzimas en la parte orgánica de las células. mientras que el silicio se usa para formar la cáscara inorgánica. Se esperaría que la parte orgánica de las diatomeas se descomponga cerca de la superficie del agua, y la cáscara inorgánica en las capas inferiores de agua. En teoría, esto debería producir diferentes perfiles de profundidad, pero tal fenómeno no se observa. Los investigadores creen que esto se debe a que la descomposición de las células muertas no ocurre en el agua superficial, pero solo una vez que estas células se hayan hundido a una profundidad media. En este nivel, tanto los componentes orgánicos como los inorgánicos se descomponen y los dos oligoelementos se liberan en la misma masa de agua.

Exactamente por qué las diatomeas absorben cantidades relativamente grandes de zinc, aunque necesiten muy poco, aún no está claro, según el profesor de ETH. Una posible explicación es que los organismos tienen proteínas de transporte que transportan el hierro, un nutriente esencial, a la célula. El agua de mar contiene muy poco hierro, sin embargo. "Para poder absorber la mayor cantidad de hierro posible, estas proteínas de transporte son posiblemente hiperactivas. Como efecto secundario, también absorben (no específicamente) iones metálicos que tienen dos cargas positivas, incluyendo zinc, "explica el profesor Vance.

En una expedición para recolectar diatomeas

Para probar esta hipótesis, uno de los estudiantes de doctorado de Vance y dos postdoctorados están participando en la Expedición Circumpolar Antártica actual del Instituto Polar Suizo. Recogerán muestras de agua de mar y cultivarán las diatomeas en el agua en diferentes condiciones de nutrientes en el laboratorio de a bordo. Los científicos fertilizarán algunas de las diatomeas con hierro, por ejemplo, para investigar el efecto que tiene este oligoelemento sobre el crecimiento celular. El análisis químico del caparazón y las células solo se realizará después de la expedición, de vuelta en ETH Zurich, ya que se necesita un espectrómetro de masas especial para medir las cantidades extremadamente pequeñas de oligoelementos en las conchas de diatomeas.

Comprender cómo las diatomeas afectan los ciclos de nutrientes en los océanos del mundo ayuda a los científicos a evaluar las posibles consecuencias del cambio climático. "Si el calentamiento global hace que la temperatura suba o el contenido de sal del agua de mar baje, las corrientes oceánicas y la distribución de oligoelementos y nutrientes también podrían cambiar, lo que a su vez afectaría a las diatomeas y su actividad biológica ”subraya el profesor Vance.