Un nuevo estudio muestra que los "puntos calientes" de nutrientes que rodean al fitoplancton, que son pequeñas algas marinas que producen aproximadamente la mitad del oxígeno que respiramos todos los días, juegan un papel enorme en la liberación de un gas involucrado en la formación de nubes y la regulación del clima.

La nueva investigación cuantifica la forma en que las bacterias marinas específicas procesan una sustancia química clave llamada dimetilsulfoniopropionato (DMSP), que es producido en enormes cantidades por el fitoplancton. Esta sustancia química juega un papel fundamental en la forma en que los microorganismos del océano consumen azufre y carbono y se liberan a la atmósfera.

El trabajo se informa en la revista Comunicaciones de la naturaleza , en un artículo de la estudiante graduada del MIT Cherry Gao, antiguo profesor de ingeniería civil y medioambiental del MIT Roman Stocker (ahora profesor en ETH Zurich, En Suiza), en colaboración con Jean-Baptiste Raina y el profesor Justin Seymour de la Universidad de Tecnología de Sydney en Australia, y otros cuatro.

Más de mil millones de toneladas de DMSP son producidas anualmente por microorganismos en los océanos, representa el 10 por ciento del carbono que es absorbido por el fitoplancton, un importante "sumidero" de dióxido de carbono, sin el cual, el gas de efecto invernadero se acumularía aún más rápido en la atmósfera. Pero exactamente cómo se procesa este compuesto y cómo sus diferentes vías químicas figuran en los ciclos globales del carbono y el azufre no se había entendido bien hasta ahora. Dice Gao.

"El DMSP es una fuente importante de nutrientes para las bacterias, "Ella dice." Satisface hasta el 95 por ciento de la demanda de azufre bacteriano y hasta el 15 por ciento de la demanda de carbono bacteriano en el océano. Entonces, dada la ubicuidad y abundancia de DMSP, esperamos que estos procesos microbianos tengan un papel importante en el ciclo global del azufre ".

Gao y sus compañeros de trabajo modificaron genéticamente una bacteria marina llamada Ruegeria pomeroyi, provocando que brille cuando se activó una de dos vías diferentes para procesar DMSP, permitiendo analizar la expresión relativa de los procesos en una variedad de condiciones.

Uno de los dos caminos, llamado desmetilación, produce nutrientes basados ​​en carbono y azufre que los microbios pueden utilizar para mantener su crecimiento. El otro camino llamado escote, produce un gas llamado dimetilsulfuro (DMS), que Gao explica "es el compuesto responsable del olor del mar. De hecho, olí mucho el océano en el laboratorio cuando estaba experimentando".

DMS es el gas responsable de la mayor parte del azufre de origen biológico que ingresa a la atmósfera desde los océanos. Una vez en la atmósfera, Los compuestos de azufre son una fuente clave de condensación para las moléculas de agua. por lo que su concentración en el aire afecta tanto a los patrones de lluvia como a la reflectividad general de la atmósfera a través de la generación de nubes. Comprender el proceso responsable de gran parte de esa producción podría ser importante de múltiples formas para refinar los modelos climáticos.

Esas implicaciones climáticas son "la razón por la que estamos interesados ​​en saber cuándo las bacterias deciden utilizar la vía de escisión frente a la vía de desmetilación, "para comprender mejor la cantidad de DMS importante que se produce y en qué condiciones, Dice Gao. "Esta ha sido una pregunta abierta durante al menos dos décadas".

El nuevo estudio encontró que la concentración de DMSP en la vecindad regula qué vía utilizan las bacterias. Por debajo de una cierta concentración, la desmetilación fue dominante, pero por encima de un nivel de unos 10 micromoles, dominó el proceso de escisión.

"Lo que realmente nos sorprendió fue, tras la experimentación con las bacterias modificadas genéticamente, Descubrimos que las concentraciones de DMSP en las que domina la vía de clivaje son más altas de lo esperado, órdenes de magnitud más altas que la concentración promedio en el océano, " ella dice.

Eso sugiere que este proceso difícilmente tiene lugar en las condiciones típicas del océano, concluyeron los investigadores. Bastante, Los "puntos calientes" a microescala de concentración elevada de DMSP son probablemente responsables de una cantidad muy desproporcionada de producción global de DMS. Estos "puntos calientes" a microescala son áreas que rodean ciertas células de fitoplancton donde están presentes cantidades extremadamente altas de DMSP en aproximadamente mil veces mayor que la concentración oceánica promedio.

"De hecho, hicimos un experimento de co-incubación entre las bacterias modificadas genéticamente y un fitoplancton productor de DMSP, "Dice Gao. El experimento demostró" que de hecho, las bacterias aumentaron su expresión de la vía productora de DMS, más cerca del fitoplancton ".

El nuevo análisis debería ayudar a los investigadores a comprender los detalles clave de cómo estos organismos marinos microscópicos, a través de su comportamiento colectivo, están afectando los procesos biogeoquímicos y climáticos a escala mundial, dicen los investigadores.