Se pensaba que los microbios que proporcionan fertilizantes naturales a los océanos al «fijar» el nitrógeno de la atmósfera estaban limitados a las cálidas aguas tropicales y subtropicales.
Ahora, investigadores han documentado la fijación de nitrógeno por un tipo inusual de cianobacterias en las aguas frías de los mares de Bering, en el extremo oriental de Asia, y Chukchi, en la punta nordeste de Asia.
«Esto va en contra de todas las suposiciones de los libros de texto sobre dónde se produce la fijación de nitrógeno. Todos los modelos matemáticos sobre la entrada de nitrógeno a los océanos están limitados por la temperatura debido a esta suposición subyacente», explica el profesor de Ciencias Oceánicas en la Universidad de California Santa Cruz (Estados Unidos) Jonathan Zehr, autor principal de un documento sobre los nuevos hallazgos publicado este lunes en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’.
La primera autora del estudio, Katie Harding, estudiante graduada en el laboratorio de Zehr, explica que, en muchas partes de los océanos, la productividad está limitada por la disponibilidad de nitrógeno. «La fijación de nitrógeno alimenta la cadena alimentaria en algunas áreas, por lo que es importante entender cuáles son todas las fuentes», afirma en un comunicado.
Un organismo en simbiosis con un alga unicelular
La fijación de nitrógeno que Harding descubrió en el Ártico la lleva a cabo un organismo llamado UCYN-A, que fue descubierto por primera vez por el grupo de Zehr en el océano abierto cerca de Hawai. Después de encontrar pruebas de ADN de un microbio fijador de nitrógeno previamente desconocido, el laboratorio de Zehr finalmente lo identificó como un tipo de cianobacteria que extrañamente carece de la capacidad para la fotosíntesis.
Finalmente, en 2012, descubrieron que vive en una simbiosis cercana con un tipo de algas pequeñas y unicelulares. En esta asociación mutuamente beneficiosa, UCYN-A proporciona nitrógeno fijo, mientras que el alga haptofita aporta carbono fijo a través de la fotosíntesis.
Mientras tanto, Zehr y otros investigadores hallaron la recién descubierta UCYN-A en áreas cada vez más extensas del océano, primero en aguas costeras y luego en aguas tan al norte como los estrechos daneses. La UCYN-A no se puede cultivar en el laboratorio, pero se puede identificar y aislar de muestras de agua utilizando técnicas sofisticadas de clasificación de células y secuenciación de genes.
El nuevo estudio muestra no solo que puede existir en el Ártico, sino que es funcional y fija nitrógeno en aguas del Ártico con temperaturas inferiores a 4 grados Centígrados. «No se trata solo de células que se desplazan hacia el Ártico en las corrientes oceánicas. Están activas y son las únicas fijadoras de nitrógeno cianobacteriano real en el Ártico», afirma Zehr.
Las cianobacterias (una vez llamadas alga azul-verde) son bacterias que pueden hacer la fotosíntesis como las plantas, aunque la UCYN-A parece haber perdido esta capacidad. Solo algunas cianobacterias son capaces de reparar el nitrógeno, incluida ‘Trichodesmium’, que alguna vez se pensó que era la principal fuente de fijación de nitrógeno en el océano abierto. Sin embargo, ‘Trichodesmium’ no crece en aguas más frías que 20º C.
«Es difícil medir las tasas de fijación de nitrógeno en muestras de agua y decir qué organismo hace cuánto, pero sospecho que si sumara la fijación global de nitrógeno por UCYN-A, es una fuente sustancial y posiblemente la mayor fuente de nitrógeno en océano mundial», dice Zehr.
Aunque todavía no se ha encontrado en el Océano Austral alrededor de la Antártida, Zehr dice que probablemente sea el próximo lugar donde la buscará. Cuando sus colaboradores en el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia propusieron buscar en el Ártico, tuvo dudas. «No esperaba encontrar mucha fijación de nitrógeno, por no hablar de cianobacterias fijadoras de nitrógeno. Simplemente demuestra que no se sabe hasta que miras», señala.
«Una de las preguntas interesantes desde un punto de vista biológico es cómo la UCYN-A puede tolerar un rango tan amplio de temperaturas, especialmente cuando el rango de temperatura para ‘Trichodesmium’ es tan estrecho», afirma Harding.
En un crucero de investigación que salió de Nome, Alaska, en septiembre de 2016, Harding y otros miembros del equipo recolectaron y procesaron muestras de agua para analizarlas en el laboratorio. El procesamiento en el barco incluyó la incubación de muestras con nitrógeno-15 para que cualquier nitrógeno recién fijado se etiquetara con el isótopo pesado.
Esto permitió a los investigadores medir las tasas de fijación de nitrógeno y demostrar que la UCYN-A estaba fijando activamente el nitrógeno. De vuelta en el laboratorio, utilizaron un marcador fluorescente para identificar UCYN-A y una técnica avanzada de espectrometría de masas para detectar nitrógeno-15 en las células de UCYN-A y su alga simbionte.
Las tasas de fijación de nitrógeno que midieron en el mar de Chukchi fueron relativamente bajas, pero las tasas en el mar de Bering (a 10º C) fueron similares a las medidas en aguas mucho más cálidas. La fijación de nitrógeno por UCYN-A representó toda la fijación de nitrógeno medida en el Mar de Bering, pero solo supuso una parte del total en el mar de Chukchi.
«Las tasas en el Ártico son bastante bajas, por lo que UCYN-A podría no ser muy importante ahora. Pero si el calentamiento del Ártico continúa, será cada vez más importante como fuente de nitrógeno en los ecosistemas del Ártico», advierte Zehr.
Fuente: europapress.es