El nitrógeno es esencial para la vida marina y los ciclos a lo largo del océano en un sistema delicadamente equilibrado. Los organismos vivos, especialmente las plantas marinas llamadas fitoplancton, requieren nitrógeno en procesos como la fotosíntesis. Sucesivamente, El crecimiento del fitoplancton absorbe dióxido de carbono de la atmósfera y ayuda a regular el clima global.

Según una nueva investigación de Thomas Weber, profesor asistente de ciencias de la Tierra y el medio ambiente en la Universidad de Rochester, Los pequeños microambientes en las profundidades del océano pueden contener pistas clave sobre el ciclo global del nitrógeno en el agua de mar.

En un artículo publicado en Naturaleza Geociencia , Weber y su coautor Daniele Bianchi, profesor asistente de ciencias atmosféricas y oceánicas en UCLA, muestran que los pequeños microbios que eliminan el nitrógeno del agua existen en estos microambientes y están más extendidos de lo que se pensaba anteriormente. Usando estos datos, desarrollaron un modelo informático que cambia la forma en que pensamos sobre el ciclo del nitrógeno marino.

"La comprensión previa del ciclo del nitrógeno era que el nitrógeno se perdía del océano solo en tres regiones donde el oxígeno es escaso. Si quisiéramos predecir cómo respondería el ciclo del nitrógeno al cambio climático, todo lo que teníamos que hacer era predecir cómo se expandirían o contraerían estas tres regiones con poco oxígeno, "Dice Weber." Nuestro estudio cambia esa imagen al mostrar que la pérdida de nitrógeno en realidad está ocurriendo en regiones mucho más grandes, y tenemos que pensar en cómo está cambiando el océano en su conjunto ".

La mayoría de los organismos marinos "respiran, "o respirar, usando oxígeno. Cuando el oxígeno no está presente en el agua de mar, los microbios en cambio respiran usando otros compuestos como el nitrato, una forma de nitrógeno. "Esto tiene el efecto neto de eliminar el nitrógeno del océano, "Dice Weber.

Los investigadores creían anteriormente que los microbios anaeróbicos (pequeños microorganismos y bacterias que no necesitan oxígeno para respirar) solo se encontraban en zonas del océano con niveles de oxígeno excepcionalmente bajos; particularmente, tres regiones conocidas como "zonas muertas".

Weber y Bianchi han desarrollado un modelo informático que tiene en cuenta nuevos datos genéticos recopilados de microbios oceánicos. Los datos indican que los microbios anaeróbicos existen no solo en áreas de agua no oxigenada, pero de alguna manera prosperan en áreas del océano donde hay oxígeno. Nitrógeno, por lo tanto, puede perderse en gran parte del océano, no solo en áreas donde el oxígeno es escaso.

"Una de las mayores revoluciones de la oceanografía en los últimos años ha sido la revolución genómica, "Dice Weber." Los oceanógrafos han podido medir todos los genes presentes en el agua de mar ". Uno de sus descubrimientos fue que los genes que permiten la respiración anaeróbica no solo se encuentran en las tres regiones; los genes se han encontrado mucho más diseminados en todo el mundo. Oceano.

Siempre que haya oxígeno disponible, no debe haber organismos que respiren anaeróbicamente, Dice Weber. "Deberían verse superados por las cosas que usan oxígeno, porque es una forma mucho más eficaz de respirar ".

Entonces como, ¿Sobreviven estos organismos anaeróbicos en áreas donde hay oxígeno?

Weber y Bianchi descubrieron que existen pequeños "microambientes" sin oxígeno en todo el océano profundo en "nieve marina" rica en materia orgánica:partículas de materia orgánica, como las células muertas de plancton y las heces de zooplancton, atrapados juntos. Los microbios obtienen energía al comer la materia orgánica y al usar oxígeno para respirar. Si la respiración es lo suficientemente intensa dentro de las partículas, todo el oxígeno puede agotarse y los microbios cambiarán para respirar utilizando compuestos además del oxígeno.

"Sugerimos que los microbios anaeróbicos pueden prosperar en vastas franjas del océano oxigenado, dentro de la nieve marina orgánica que se hunde, '", Dice Bianchi." Esto cambia la forma en que pensamos sobre el ciclo del nitrógeno y, más generalmente, metabolismo anaeróbico en el océano, y sugiere que ambos podrían responder al cambio climático de formas que desafíen nuestro entendimiento actual ".

El calentamiento global hace que la temperatura del océano aumente, resultando en una mayor pérdida de oxígeno, que luego puede afectar el presupuesto de nitrógeno en todo el mundo. Cuando los humanos perturban una parte del sistema, puede tener efectos inesperados. Pero los modelos informáticos pueden ayudar a predecir mejor estas consecuencias.

"El calentamiento de los océanos se produce debido a las emisiones de dióxido de carbono humano, que calientan la tierra en su conjunto, "Dice Weber". Indirectamente, esto altera el contenido de oxígeno y nitrógeno del océano. Finalmente, el crecimiento del fitoplancton marino y su capacidad para absorber dióxido de carbono se ven afectados, que luego se retroalimenta sobre el cambio climático. Nuestro nuevo trabajo y otros esfuerzos de modelado nos ayudarán a planificar mejor estas consecuencias ".