El agua de mar es más que agua salada. El océano es una auténtica sopa de productos químicos.

Parte de ese caldo proviene de compuestos de carbono disueltos, que representan una importante reserva de carbono global, a la par con la cantidad retenida en la atmósfera. Los investigadores están trabajando activamente para clasificar qué formas toma el carbono en los océanos del mundo, así como los procesos biológicos que lo reciclan en el agua del océano.

Algunas moléculas como proteínas y azúcares, fácilmente descomponerse, mientras que otros son más resistentes a la degradación. Un nuevo estudio dirigido por el investigador postdoctoral de UC Santa Barbara Shuting Liu, investigó algunos de estos compuestos más recalcitrantes y los microbios que pueden digerirlos. Los resultados, que aparecen en la revista Limnología y Oceanografía , iluminar los aspectos básicos del ciclo del carbono oceánico y puede ayudar a los científicos a predecir el papel que juegan los microbios en su regulación.

Liu y el profesor Craig Carlson, en el Departamento de Ecología, Evolución y Biología Marina, forman parte de un grupo que lleva a cabo una investigación en el sitio del estudio de series de tiempo del Atlántico de las Bermudas. El sitio es un proyecto de investigación a largo plazo en el Mar de los Sargazos, en sí misma una región del Atlántico en las proximidades de las Bermudas. A lo largo de muchos años, los científicos notaron la acumulación de materia orgánica disuelta en el agua superficial durante los meses más tranquilos del verano. Las condiciones más duras en el invierno mezclaron estos compuestos en aguas más profundas, una capa que los científicos llaman zona mesopelágica, o la zona del crepusculo, porque abarca las profundidades más bajas que la luz puede alcanzar. Una vez que eso sucedió, parte de la materia orgánica se descompondría, y el ciclo comenzaría de nuevo. El equipo estaba ansioso por entender por qué.

Para hacerlo Liu y sus colegas se centraron en moléculas alicíclicas ricas en carboxilo, o CRAM, una variedad particularmente resistente y diversa de compuestos orgánicos con propiedades químicas similares, algunos de los cuales comprenden las moléculas orgánicas más tenaces del océano.

Una clase de compuestos que se ajusta a la descripción de CRAM son las ligninas, el grupo de moléculas que dan rigidez a la madera. De hecho, Liu usó lignina como uno de los cuatro compuestos modelo CRAM en su experimento.

El objetivo del equipo era sencillo. "Estamos tratando de ver qué tipos de microbios están respondiendo a estos compuestos similares a CRAM en el mesopelágico, "dijo Liu.

Los científicos introdujeron sus cuatro compuestos modelo CRAM en muestras de agua de mar del mesopelágico y observaron los resultados. En varios intervalos de tiempo, analizaron las concentraciones de carbono orgánico disuelto y contaron el número total de células bacterianas usando un microscopio. El grupo también utilizó sondas moleculares dirigidas a seis linajes de microbios específicos para determinar cuánto estaba creciendo cada linaje en relación con el crecimiento celular total en la muestra. Esto les dijo cuáles de estos grupos eran más activos.

Los investigadores utilizaron estos compuestos en concentraciones de órdenes de magnitud mayores que las que los microbios verían en la naturaleza. "Estábamos adoptando un enfoque de enriquecimiento experimental, ", Dijo Carlson." Si se lo damos en concentraciones elevadas, ¿lo usarán? Y si lo usan, ¿quién lo está usando? "

Ellos encontraron que a pesar de las características compartidas de los compuestos, su disponibilidad para los microbios difería entre los distintos linajes. "Algunos de los compuestos se utilizaron muy fácilmente, "dijo Carlson, "mientras que otros eran más resistentes a la degradación, como la lignina y el ácido húmico ".

El experimento también confirmó la hipótesis del equipo de que los microbios que son relativamente más comunes en el mesopelágico, en lugar de la superficie del océano, fueron capaces de descomponer y utilizar estos compuestos resistentes. Este hallazgo se había deducido previamente de estudios genómicos de sus coautores y colaboradores Stephen Giovannoni y Jimmy Saw de la Universidad Estatal de Oregón.

Liu y Carlson, entre otros investigadores, plantean la hipótesis de que la zona mesopelágica alberga una comunidad distinta de microbios con la capacidad de aprovechar el material no tocado por los microbios que viven arriba. Las bacterias de la superficie deben gastar más energía secuestrando nutrientes como nitrógeno y fósforo, que son escasos en la parte superior del océano. Por el contrario, el plancton fotosintético que vive en la superficie iluminada por el sol proporciona carbono fácilmente digerible. Como resultado, Es probable que los microbios de la superficie utilicen las formas más accesibles de carbono en lugar de hundir energía en compuestos orgánicos más resistentes.

Mientras tanto, El nitrógeno y el fósforo abundan más profundamente en la zona mesopelágica, según los investigadores. Como resultado, Los microbios que viven allí pueden tener los recursos y la energía para invertir en descomponer y absorber formas de carbono más recalcitrantes. como CRAM.

Ahora, la relación entre la degradación de CRAM y la presencia de ciertos microbios en la zona mesopelágica es solo una correlación, Liu explicó. Ella espera establecer un vínculo causal al rastrear el carbono de los compuestos CRAM a medida que se degradan y ver si lo absorben los microbios que estudia.

Liu y Carlson planean usar compuestos y concentraciones más similares al agua de mar real en los próximos experimentos. Uno de sus colegas está empleando la espectrometría de masas para caracterizar compuestos orgánicos disueltos en agua de mar, incluidos algunos CRAM. Una vez que se identifican más características de estos compuestos, Liu puede utilizar métodos similares para extraer componentes orgánicos del medio ambiente y realizar un experimento similar.

"Los microbios son los organismos que impulsan estos grandes ciclos biogeoquímicos, "dijo Carlson." Hay tantos, crecen tan rápido, y se dan la vuelta tan rápido. Pueden transformar la distribución química de ecosistemas enteros. Estudiar qué controla el crecimiento de los organismos más pequeños del océano tiene grandes implicaciones sobre cómo se gobiernan los ciclos químicos en el océano ".