Ciclo críptico del oxígeno en las Zonas Marinas Anóxicas

Ciclo críptico del oxígeno en las Zonas Marinas Anóxicas

Garcia-Robledo, E., Padilla, C.C., Aldunate, M., Stewart, F.J., Ulloa, O., Paulmier, A., Gregori, G., Revsbech, N.P., 2017. Cryptic oxygen cycling in anoxic marine zones. Proc. Natl. Acad. Sci. 201619844. doi:10.1073/pnas.1619844114

Por Montserrat Aldunate

Laboratorio de Oceanografía Microbiana & Instituto Milenio de Oceanografía.

Las Zonas de Mínimo Oxígeno (ZMOs) del océano Pacífico Nor y Sur Oriental Tropical (PNOT y PSOT respectivamente) y del Mar Arábigo están sujetas a bajas de oxígeno tan intensas que han sido re-definidas como Zonas Marinas Anóxicas (ZMAs; Ulloa et al., 2012). Estas zonas se distinguen también de las ZMOs por la acumulación de nitrito, la cual es aún más pronunciada cuando las concentraciones de oxígeno caen bajo los límites de detección nanomolares de los sensores más sensibles (Revsbech et al., 2011). Este nitrito es una forma de nitrógeno clave en la producción microbiana de N2 y N2O durante los procesos de desnitrificación y la oxidación anaeróbica del amonio (anammox). Estos procesos en su conjunto contribuyen entre un 30-50% del reciclamiento de compuestos inorgánicos del nitrógeno (nitrato, nitrito, amonio) a N2 atmosférico (Codispoti et al. 2001). Sin embargo, el nitrito también puede ser producido y consumido en la vía de nitrificación aeróbica (Dalsgaard et al., 2012; Babbin et al., 2014) la cual parece ser una vía activa en las ZMAs a pesar de la ausencia de oxígeno, como también lo sería, al menos potencialmente, la respiración heterotrófica (Stewart et al., 2012; Kalvelage et al., 2015). Entonces, ¿cómo la nitrificación y estos otros procesos aeróbicos, como la respiración heterotrófica, pueden persistir a pesar de esta aparente anoxia?

En el trabajo de García-Robledo et al., publicado online recientemente en la revista PNAS, los autores muestran que los responsables de que estos procesos aeróbicos sigan activos son poblaciones abundantes de fotótrofos que frecuentemente se han detectado en las ZMAs. Estas poblaciones formarían un Máximo Secundario de Clorofila (MSC) justamente por debajo de la oxiclina, en la zona anóxica, siendo en algunas ocaciones tan grande como el máximo de clorofila superficial que se observa normalmente en las zonas óxicas. El MSC estaría compuesto principalmente por linajes no cultivados de la picocianobacteria Prochlorococcus spp. propios de las ZMAs reportados con anterioridad en el PNOT y PSOT (Lavin et al., 2010). Como señalan García-Robledo et al., estas picocianobacterias estarían liberando cantidades significativas de O2 al ambiente anóxico, las cuales serían consumidas por la comunidad microbiana aeróbica, pero manteniendo los niveles de O2 indetectables por las técnicas convencionales. Los resultados están sustentados por variados análisis de la comunidad picoplanctonica que compone el MSC de las ZMAs del PNOT y PSOT frente a México y Perú respectivamente. Los análisis comprendieron: la realización de perfiles de O2 de alta resolución con sensores de alta sensibilidad en las ZMAs que presentaron un MSC; experimentos de incubación para determinar las tasas metabólicas de producción/consumo de oxígeno y fijación de carbono de la comunidad del MSC utilizando distintas intensidades de luz; análisis moleculares para determinar la expresión de genes clave relacionados con metabolismos aeróbicos.

Las experimentos de incubación mostraron que para intensidades de luz como las encontradas in situ, es decir < 10 μmol fotones·m−2·s−1, las tasas de producción de O2 son menores que las tasas de respiración, por lo que el O2 producido es inmediatamente consumido por la comunidad microbiana, produciendo un “ciclo críptico del oxígeno” (Fig.1). La evidencia indica que los metabolismos a cargo de este consumo serían la respiración aeróbica y la oxidación de nitrito. En el caso de la respiración aeróbica, existen dos enzimas encargadas de llevar a cabo esta reacción: la oxidasa terminal de alta (HATO) y baja (LATO) afinidad por el oxígeno. Los resultados muestran que existe un máximo en la expresión del gen que codifica para la enzima HATO (Fig. 1B), lo que indicaría que la respiración aeróbica se puede realizar aunque no haya oxígeno detectable por los sensores convencionales ya que esta enzima trabaja a niveles de unos pocos nanomoles de O2 para funcionar.

Por otro lado, también se puede ver un máximo en la expresión de genes asociados a la oxidación de nitrito (nxr; Fig. 1B) y un máximo en el porcentaje de organismos asociados a esta función como lo es la bacteria nitrito oxidante del género Nitrospina (Fig. 1C). Finalmente, las tasas de producción bruta de O2 y fijación de carbono en el MSC fueron comparables a las tasas reportadas para procesos aeróbicos (oxidación de nitrito y amonio) y anaeróbicos (desnitrificación, anammox y reducción de sulfato) lo que sugiere un efecto significativo de la fotosíntesis oxigénica local en los ciclos biogeoquímicos de la ZMA del Océano Pacífico.

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