Alguna vez se pensó que los microbios que proporcionan fertilizantes naturales a los océanos "fijando" el nitrógeno de la atmósfera en una forma utilizable por otros organismos se limitaban a las cálidas aguas tropicales y subtropicales. Ahora, sin embargo, Los investigadores han documentado la fijación de nitrógeno por un tipo inusual de cianobacterias en las frías aguas de los mares de Bering y Chukchi.

"Esto va en contra de todas las suposiciones de los libros de texto sobre dónde ocurre la fijación de nitrógeno. Todos los modelos matemáticos para la entrada de nitrógeno a los océanos están limitados por la temperatura debido a esta suposición subyacente, "dijo Jonathan Zehr, profesor de ciencias oceánicas en UC Santa Cruz y autor principal de un artículo sobre los nuevos hallazgos publicado el lunes, 10 de diciembre en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Katie Harding, estudiante de posgrado en el laboratorio de Zehr y primer autor del artículo, explicó que en muchas partes de los océanos, la productividad está limitada por la disponibilidad de nitrógeno. "La fijación de nitrógeno alimenta la cadena alimentaria en algunas áreas, por lo que es importante comprender cuáles son todas las fuentes " ella dijo.

La fijación de nitrógeno que Harding descubrió en el Ártico es realizada por un organismo llamado UCYN-A, que fue descubierto por primera vez por el grupo de Zehr en el océano abierto cerca de Hawai. Después de encontrar evidencia de ADN de un microbio fijador de nitrógeno previamente desconocido, El laboratorio de Zehr finalmente lo identificó como un tipo de cianobacteria que extrañamente carece de la capacidad de fotosíntesis. Finalmente, en 2012, descubrieron que vive en una simbiosis cercana con un tipo de pequeño, algas unicelulares. En esta asociación de beneficio mutuo, UCYN-A proporciona nitrógeno fijo, mientras que el alga haptofita proporciona carbono fijo a través de la fotosíntesis.

Mientras tanto, Zehr y otros investigadores estaban encontrando el UCYN-A recién descubierto en áreas cada vez más extendidas del océano, primero en aguas costeras y luego en aguas tan al norte como el estrecho de Dinamarca. UCYN-A no se puede cultivar en el laboratorio, pero puede identificarse y aislarse de muestras de agua utilizando sofisticadas técnicas de clasificación de células y secuenciación de genes.

El nuevo estudio muestra no solo que puede existir en el Ártico, pero que es funcional y fija nitrógeno en aguas árticas con temperaturas por debajo de 4 grados Celsius (40 grados Farhrenheit). "No se trata solo de células que se desplazan hacia el Ártico en las corrientes oceánicas. Está activo, y es el único fijador de nitrógeno cianobacteriano real en el Ártico, "Dijo Zehr.

Las cianobacterias (que alguna vez se denominaron engañosamente algas verdiazules) son bacterias que pueden realizar la fotosíntesis como las plantas, aunque UCYN-A parece haber perdido esta habilidad. Solo algunas cianobacterias pueden fijar nitrógeno, incluyendo Trichodesmium, que alguna vez se pensó que era la principal fuente de fijación de nitrógeno en el océano abierto. Tricodesmio, sin embargo, no crece en aguas más frías que 20 grados Celsius (68 grados Fahrenheit).

"Es difícil medir las tasas de fijación de nitrógeno en muestras de agua y saber qué organismo hace cuánto, pero sospecho que si tuvieras que sumar la fijación global de nitrógeno por UCYN-A, es una fuente sustancial y posiblemente la mayor fuente de nitrógeno en el océano, "Dijo Zehr.

Aunque aún no se ha encontrado en el Océano Austral alrededor de la Antártida, Zehr dijo que probablemente sea el próximo lugar donde lo buscará. Cuando sus colaboradores del Instituto de Ciencias Marinas de Virginia propusieron por primera vez buscar en el Ártico, estaba indeciso. "No esperaba encontrar mucha fijación de nitrógeno en absoluto, por no hablar de las cianobacterias fijadoras de nitrógeno. Solo va a mostrar no sabes hasta que miras, " él dijo.

"Una de las preguntas interesantes desde un punto de vista biológico es cómo UCYN-A puede tolerar un rango tan amplio de temperaturas, especialmente cuando el rango de temperatura para Trichodesmium es tan estrecho, "Dijo Harding.

En un crucero de investigación desde Nome, Alaska, en septiembre de 2016, Harding y otros miembros del equipo recolectaron y procesaron muestras de agua para analizarlas en el laboratorio. El procesamiento a bordo incluyó la incubación de muestras con nitrógeno 15 para que cualquier nitrógeno recién fijado se etiquetara con el isótopo pesado. Esto permitió a los investigadores medir las tasas de fijación de nitrógeno y demostrar que UCYN-A fijaba nitrógeno de forma activa. De vuelta en el laboratorio utilizaron marcaje fluorescente para identificar UCYN-A y una técnica avanzada de espectrometría de masas para detectar nitrógeno-15 en las células de UCYN-A y su simbionte de algas.

Las tasas de fijación de nitrógeno que midieron en el mar de Chukchi fueron relativamente bajas, pero las tasas en el Mar de Bering (a 10 grados Celsius) fueron similares a las medidas en aguas mucho más cálidas. La fijación de nitrógeno por UCYN-A representó toda la fijación de nitrógeno medida en el mar de Bering, pero solo representó una fracción del total en el Mar de Chukchi.

"Las tasas en el Ártico son bastante bajas, por lo que UCYN-A puede no ser muy importante allí ahora. Pero si el calentamiento del Ártico continúa, será cada vez más importante como fuente de nitrógeno en los ecosistemas árticos, "Dijo Zehr.