Nuevo estudio explica la misteriosa fuente de gas metano de efecto invernadero en el océano.

Durante décadas, los químicos marinos enfrentan una paradoja difícil de alcanzar. Las aguas superficiales de los océanos del mundo están sobresaturadas con el gas metano  de efecto invernadero, sin embargo, la mayoría de las especies de microbios que pueden generar el gas no puede sobrevivir en las aguas superficiales ricas en oxígeno. 

Crédito: Ilustración de Eric Taylor, Institución Oceanográfica Woods Hole

¿De dónde viene exactamente el metano? Este enigma desde hace mucho tiempo, es conocido como la "paradoja del  metano marino", puede haber finalmente sido quebrada gracias a un nuevo estudio de Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

Según el geoquímico de WHOI Dan Repeta, la respuesta puede mentir en las formas complejas que las bacterias descomponen la materia orgánica disuelta, un cóctel de sustancias excretadas en agua de mar por organismos vivos.

En un artículo publicado en la edición del 14 de noviembre de 2016 de la revista Nature Geoscience, Repeta y colegas en la Universidad de Hawai encontraron que gran parte de la materia orgánica disuelta del océano se compone de nóveles polisacáridos  — las cadenas largas de moléculas de azúcar por las bacterias fotosintéticas en el océano superior. 

Las bacterias comienzan a romper lentamente estos polisacáridos, rompiendo sus pares de átomos de carbono y fósforo (llamados bonos C-P) de su estructura molecular. En el proceso, los microbios crean metano, etileno y propileno gases como subproductos. La mayor parte del metano escapa a la atmósfera.

"Todas las piezas de este rompecabezas estaban allí, pero estaban en diferentes partes, con diferentes personas, en diferentes laboratorios, en diferentes momentos," dice Repeta. "Este papel unifica mucho esas observaciones".

El metano es un gas de potente efecto invernadero, y es importante entender las distintas fuentes de metano en la atmósfera. Las conclusiones del equipo de investigación describen una vía totalmente nueva para la producción microbiana de metano en el ambiente, que es muy diferente a todas las otras vías conocidas.

Previos a este estudio, los investigadores como Repeta habían sospechado hace mucho tiempo que microbios estuvieron involucrados en la creación de metano en el océano, pero fueron incapaces de identificar exactamente los responsables.

"Inicialmente, la mayoría de los investigadores buscaron microbios que viven en ambientes de poco oxígeno aislados, como las entrañas de peces o camarones, pero rápidamente se dieron cuenta de que no podía ser un factor importante. Demasiado agua oxigenada fluye por ahí,"dice Repeta. Muchos investigadores también examinaron material floculento,  buscando trozos de excremento animal y otros materiales orgánicos flotando en las aguas del océano."Algunos de los que también tienen condiciones de poco oxígeno en su interior", dice, "pero en última instancia, no resultan para ser una fuente importante de metano o".

En 2009, uno de los autores de Repeta, David Karl, encontró una pista importante al rompecabezas. En el laboratorio, añadió un Metilfosfonato llamado químico artificial, que es rico en enlaces C-P, a muestras de agua de mar. Como lo hizo, las bacterias dentro de las muestras comenzaron inmediatamente a fabricar metano, demostrando que eran capaces de tomar ventaja de los bonos C-P proporcionados por el químico. El Metilfosfonato nunca había sido detectado en el océano, Repeta y su equipo pensaron que las bacterias en la naturaleza deben encontrar otra fuente natural de bonos C-P. Exactamentel o que el código era, sin embargo, seguía siendo difícil de alcanzar.

Después de analizar muestras de materia orgánica disuelta de las aguas superficiales en el Pacífico Norte, Repeta funcionó en una posible solución. Los polisacáridos dentro de ella resultaron tener bonos C P idénticos a los que se encuentran en el Metilfosfonato — y si las bacterias podrían romper las moléculas, podrían ser capaces de acceder al fósforo contenido en su interior.

Para confirmar esta idea, Repeta y su equipo incubaron bacterias del agua de mar en diferentes condiciones, agregaron nutrientes tales como glucosa y nitrato a cada lote. Nada parecía ayudar a las bacterias a producir metano, hasta, es decir, que agregan puros polisacáridos aislados de agua de mar. Una vez que estaban en la mezcla, el tacon de actividad de las bacterias, y los frascos comenzaron a escupir grandes cantidades de metano.

"Nos hizo pensar que es un sistema de dos partes. "Hay una especie que hace que los bonos C-P pero no sabe usarlos y otra especie que puede usarlas pero no hacerlas, afirma.

Repeta y otro coautor, Edward DeLong, un oceanógrafo microbiano en la Universidad de Hawai, comenzaron a explorar cómo las bacterias metabolizan materia orgánica disuelta. Usando un proceso llamado metagenómica, DeLong empezó a catalogar todos los genes que él podría encontrar en una muestra de agua de mar desde el Pacífico Norte. En el proceso, él encontró genes responsables para romper apartes bonos C-P, que permitirían a las bacterias a fósforo de átomos de carbono. 

Aunque DeLong no estaba seguro que las bacterias podrían realmente hacer esto, una cosa era clara: Si el gene estaba activo, daría un acceso del organismo de un nutriente importante pero raro en agua de mar.

"El medio del océano es un sistema de nutrientes limitado," dice Repeta. "Para hacer DNA, RNA y proteínas, necesita nitrógeno y fósforo, pero en el océano abierto, los nutrientes tienen tales concentraciones bajas que son casi inconmensurables". En lugar de utilizar nutrientes que flotan libremente en el agua, dice Repeta que de DeLong mostró que los microbios de alguna manera deben ser capaces de romper en nitrógeno y fósforo, escondido profundamente dentro de las moléculas orgánicas.

Aunque el último documento de Repeta confirma que es posible para las bacterias romper los enlaces de C P apartes, comenta que aún no es un medio particularmente fácil de conseguir nutrientes. Con fósforo en moléculas orgánicas, puede ser extremadamente difícil para las bacterias alcanzarlos. Si los microbios pueden encontrar otras fuentes de nutrientes, dice, inevitablemente harán uso de esos primeros.

"Pensar de ellos como un buffet" dice Repeta. "Si eres un microbio, los nutrientes inorgánicos son como frutas y carnes y todo lo delicioso que llega de inmediato. Son nutrientes orgánicos como restos de hígado. Realmente no quieres comerlo, pero si tiene suficiente hambre. Toma años para que las bacterias puedan moverse a comer el fósforo orgánico en el océano superior. Exactamente no sé por qué, pero hay otra historia realmente interesante que nos podemos entender."