El éxito generalizado de la taumarchaea marina se debe en gran parte a su capacidad para convertir trazas de concentraciones de amoníaco en nitrito. lo que les da energía para fijar carbono y producir nueva biomasa en ausencia de luz. Este proceso, denominada nitrificación, recicla la energía química derivada originalmente de la fotosíntesis de las algas marinas y es un componente esencial del ciclo global de nutrientes. Usando un enfoque de radiotrazador, un equipo de investigadores del Centro de Biología de la Academia Checa de Ciencias (Budweis, Chequia), MARUM:Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen (Alemania), y el Instituto Max Planck de Microbiología Marina (Bremen, Alemania) ha determinado ahora que las arqueas fijan aproximadamente 3 moles de carbono por cada 10 moles de amoníaco oxidado, y esta eficiencia varía con las adaptaciones celulares a la limitación del fósforo.

"Thaumarchaea está activo en todo el océano, y su gran número implica contribuciones significativas a los ciclos globales de carbono (C) y nitrógeno (N), "dice Travis Meador, quien es el autor principal del estudio. "La cantidad de carbono que fijan los nitrificadores está regulada por la cantidad de nitrógeno orgánico (energía) que se crea durante la fotosíntesis, el acoplamiento fisiológico de la nitrificación y la asimilación de carbono, y también aparentemente su capacidad de acceso al fósforo (P) ".

El equipo estima que estos quimioautótrofos reciclan aproximadamente el 5% del carbono y el fósforo asimilados por las algas marinas y liberan terragramas (10 ¹² g) de sustancias orgánicas disueltas al interior del océano cada año. Estos hallazgos ahora se publican en la revista Avances de la ciencia .

Déjalos comer amoniaco

El amoníaco en el océano se deriva de la descomposición de la materia orgánica producida por los fotótrofos en las aguas superficiales y es una valiosa fuente de energía y nutrición para eukarya. bacterias y arqueas por igual. Los estudios de cultivo del taumarchaeon Nitrosopumilus maritimus han revelado previamente que las células diminutas (Ø =0,17-0,22 μm) cuentan con sistemas enzimáticos con una alta afinidad por el amoniaco y la vía de fijación de C con mayor eficiencia energética en presencia de oxígeno. "Estas adaptaciones hacen de thaumarchaea el principal reciclador de energía de los océanos, permitiéndoles competir con sus contrapartes bacterianas y crear un nicho separado, particularmente en las profundidades del océano donde la energía es limitante, "Dijo Meador." Nuestros colegas han sugerido que la mayor parte del N orgánico que se exporta por debajo de la zona eufótica del océano eventualmente alimenta la nitrificación por la thaumarchaea. Si bien el flujo de las exportaciones mundiales se ha investigado durante varias décadas, No ha habido evidencia empírica para acoplar aún más la oxidación del amoníaco de las arqueas a las tasas globales de fijación de C, hasta ahora."

La necesidad de P

Además de sus importantes contribuciones a los flujos químicos en la sustancia química del océano oscuro, thaumarchaea son en realidad más abundantes en la zona eufótica, donde se respira la mayor parte de la materia orgánica (a CO ₂ y amoniaco). De hecho, las mayores acumulaciones de amoniaco pueden estar situadas en la base de la zona eufótica, donde las bacterias heterótrofas se alimentan de la biomasa que se hunde producida en el clima cálido, superficie de capa mixta y por debajo, donde la temperatura del agua disminuye rápidamente con la profundidad.

Esta zona conocida como termoclina, también experimenta grandes fluctuaciones en la concentración y el tiempo de renovación de otro nutriente clave, fosfato (P). Por lo tanto, los investigadores cuestionaron si el acceso de taumarchaeal al fosfato puede controlar sus contribuciones a la producción reciclada en la superficie del océano.

Interrogando arqueas con radiactividad

Introduciendo radiomarcados ¹⁴ C y ³³ P al medio de cultivo, los autores pudieron rastrear las tasas de C y P asimilados en las células de N. maritimus y liberados como metabolitos de fósforo y carbono orgánico disuelto (DOC y DOP) en los medios de cultivo. Normalizando estas tasas a la nitrificación, los investigadores generaron las primeras estimaciones de C, PAG, DOC , y rendimientos DOP para una arqueona marina.

El resultado de este trabajo es que las tasas globales de fijación de C por taumarchaea ampliamente distribuidas son probablemente al menos tres veces más altas de lo que se suponía anteriormente. También, La asimilación de C y P por las arqueas marinas ahora puede modelarse como directamente proporcional al renombrado índice de remineralización establecido por Alfred Redfield a mediados del siglo XX. Los investigadores encontraron además que N. maritimus es apto para adquirir fosfato, pero los aumentos estratégicos en la afinidad del fosfato celular tuvieron un costo de aproximadamente un 30% de reducción en la eficiencia de fijación de C. Por lo tanto, estos resultados pueden explicar los valores de amplio rango de la tasa de nitrificación específica observados en la superficie del océano. Finalmente, Meador dice, "La liberación de compuestos fabricados quimiosintéticamente por thaumarchaea es menor en comparación con la reserva sustancial de nutrientes orgánicos disueltos en el océano, pero representa un nuevo flujo de sustratos lábiles a lo largo del interior del océano ".