A medida que el cambio climático empuja el calor hacia capas más profundas del agua del océano, la comunidad científica ha estado preocupada por alterar el delicado equilibrio de la vida oceánica. Pero un nuevo estudio sugiere que un microbio clave de las profundidades marinas, la bacteria nitrificante marina Nitrosopumilus maritimus, puede haberse estado adaptando silenciosamente a este entorno más cálido y pobre en nutrientes.
Bajo los efectos combinados del calentamiento global y las frecuentes olas de calor marinas, el calentamiento ya no se limita a la superficie del océano. El agua de mar a una profundidad de hasta mil metros también se está calentando, lo que genera preocupaciones sobre perturbaciones en el entorno químico y los ecosistemas del océano. Sin embargo, un equipo de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y otras instituciones señalaron que arqueas como Nitrosopumilus maritimus, que depende del hierro y vive de la oxidación del amoníaco, parecen estar ajustando sus estrategias fisiológicas para adaptarse a las presiones duales de temperaturas más altas y menores suministros de metales. Los investigadores creen que en un océano que continúa calentándose, es probable que desempeñen un papel cada vez más importante en la remodelación de los patrones de distribución de nutrientes del océano.
Los resultados relevantes se publicaron recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). Nitrosopumilus maritimus y sus microorganismos relacionados representan aproximadamente el 30% del plancton microbiano marino total y son ampliamente considerados como actores clave en el mantenimiento del equilibrio químico del océano. Al oxidar el amoníaco en el agua de mar, estas arqueas participan en la conversión del nitrógeno en diferentes formas químicas, afectando así el crecimiento de comunidades planctónicas microbianas enteras, que son la base de las redes alimentarias marinas y son fundamentales para la biodiversidad marina.
Wei Qin, autor correspondiente del estudio y profesor de microbiología en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, dijo que en el pasado se creía generalmente que el agua de mar por debajo de los 1.000 metros estaba en gran medida "aislada" de los efectos del calentamiento de la superficie, pero ahora está cada vez más claro que el calentamiento de las profundidades marinas está cambiando la forma en que estas abundantes arqueas utilizan el hierro. El hierro es un elemento metálico del que dependen en gran medida sus procesos metabólicos, y este cambio puede afectar aún más la disponibilidad de trazas de metales en las profundidades del mar, con consecuencias para procesos biogeoquímicos marinos más amplios.
Para acercarse lo más posible al entorno marino real, el equipo de investigación llevó a cabo una serie de experimentos de gradiente de temperatura y concentración de hierro en un cultivo puro de Nitrosopumilus maritimus en condiciones experimentales estrictamente controladas para detectar contaminación por metales. Los resultados mostraron que cuando el suministro de hierro era limitado, el aumento de temperaturas no sólo no debilitaba la capacidad de supervivencia de este tipo de microorganismos, sino que los impulsaba a reducir su demanda de hierro y mejorar su eficiencia de utilización. Esto muestra que a medida que el agua de mar se calienta y el hierro disponible disminuye, Nitrosopumilus maritimus tiene cierta capacidad de "autorregularse" y puede mantener o incluso optimizar las actividades metabólicas en un entorno de aguas profundas con recursos más limitados.
Sobre la base de experimentos, el equipo se asoció con Alessandro Tagliabue, experto en modelado biogeoquímico marino de la Universidad de Liverpool, para incorporar estos datos fisiológicos en el modelo biogeoquímico oceánico global para simulaciones. Los resultados de la simulación muestran que en vastas áreas marinas limitadas por el hierro, es posible que las comunidades de arqueas de aguas profundas no sólo no se "retiren" en futuros escenarios de calentamiento, sino que tendrán la capacidad de mantener o incluso fortalecer su papel en el ciclo del nitrógeno del océano y el apoyo a la producción primaria. En otras palabras, en muchas zonas de aguas profundas que originalmente se consideraban frágiles, estas diminutas criaturas pueden convertirse en una "fuerza adaptativa" que mantenga las funciones del océano.
Para probar si los hallazgos del laboratorio también se aplican a sistemas oceánicos reales, Qin Wei y David Hutchins, profesor de biología del cambio global en la Universidad del Sur de California, codirigirán una expedición científica en alta mar este verano. Abordarán el buque de investigación Sikuliaq, que partirá de Seattle, pasará por el Golfo de Alaska y luego navegará hacia la zona del giro subtropical, haciendo escala en Honolulu, Hawaii. Veinte científicos de múltiples instituciones llevarán a cabo observaciones in situ y muestreos a bordo del barco, centrándose en evaluar cómo las comunidades de arqueas en el entorno natural responden y se ajustan bajo diferentes combinaciones de restricciones de temperatura y metales.
El equipo de investigación enfatizó que este trabajo no es solo un examen de la adaptabilidad de una sola especie, sino que también está relacionado con todo el ciclo del nitrógeno del océano, el ciclo de los metales traza y la "resiliencia" de los ecosistemas de aguas profundas en el contexto del cambio climático. Si microorganismos clave como Nitrosopumilus maritimus son realmente capaces de aumentar la eficiencia en la utilización del hierro y permanecer activos en ambientes más cálidos de las profundidades marinas, entonces, hasta cierto punto, pueden amortiguar algunos de los desequilibrios químicos causados por el calentamiento, ganando un tiempo precioso para que los ecosistemas marinos se ajusten. Pero los científicos también recuerdan que esto no significa que se puedan ignorar los riesgos que trae consigo el cambio climático. El control humano de las emisiones de gases de efecto invernadero sigue siendo el medio fundamental para proteger la salud de los océanos y los ecosistemas globales.
Según los informes, la investigación fue financiada conjuntamente por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Simons, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la Universidad de Oklahoma. Uno de los líderes del estudio, Qin Wei, también está afiliado al Instituto Carl Wuth de Biología Genómica. El equipo pertinente declaró que planea realizar observaciones a largo plazo en más áreas marinas y en diferentes estaciones en el futuro para aclarar aún más la evolución del papel de las arqueas de aguas profundas en el calentamiento del océano.