Históricamente, los océanos han hecho gran parte del trabajo pesado del planeta cuando se trata de secuestrar dióxido de carbono de la atmósfera. Los organismos microscópicos conocidos colectivamente como fitoplancton, que crecen a través de los océanos de la superficie iluminada por el sol y absorben dióxido de carbono a través de la fotosíntesis, son un jugador clave.
Para ayudar a frenar las crecientes emisiones de dióxido de carbono producidas por la quema de combustibles fósiles, algunos científicos han propuesto sembrar los océanos con hierro, un ingrediente esencial que puede estimular el crecimiento del fitoplancton. Tal "fertilización con hierro" cultivaría vastos nuevos campos de fitoplancton,particularmente en áreas normalmente desprovistas de vida marina.
Un nuevo estudio del MIT sugiere que la fertilización con hierro puede no tener un impacto significativo en el crecimiento del fitoplancton, al menos a escala global.
Los investigadores estudiaron las interacciones entre el fitoplancton, el hierro y otros nutrientes en el océano que ayudan al crecimiento del fitoplancton. Sus simulaciones sugieren que, a escala global, la vida marina ha ajustado la química del océano a través de estas interacciones, evolucionando para mantener un nivel de hierro oceánicoque apoya un delicado equilibrio de nutrientes en varias regiones del mundo.
"De acuerdo con nuestro marco, la fertilización con hierro no puede tener un efecto general significativo sobre la cantidad de carbono en el océano porque la cantidad total de hierro que necesitan los microbios ya es la correcta", dice el autor principal Jonathan Lauderdale, científico investigador enDepartamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.
Los coautores del artículo son Rogier Braakman, Gael Forget, Stephanie Dutkiewicz y Mick Follows en el MIT.
sopa de ligando
El hierro del que depende el fitoplancton para crecer proviene en gran parte del polvo que barre los continentes y finalmente se deposita en las aguas del océano. Si bien se pueden depositar grandes cantidades de hierro de esta manera, la mayoría de este hierro se hunde rápidamente, sin usar, en elfondo marino.
"El problema fundamental es que los microbios marinos requieren hierro para crecer, pero el hierro no se queda. Su concentración en el océano es tan minúscula que es un recurso preciado", dice Lauderdale.
Por lo tanto, los científicos han presentado la fertilización con hierro como una forma de introducir más hierro en el sistema. Pero la disponibilidad de hierro para el fitoplancton es mucho mayor si está unida a ciertos compuestos orgánicos que mantienen el hierro en la superficie del océano y son producidos por ellos mismos.Fitoplancton: estos compuestos, conocidos como ligandos, constituyen lo que Lauderdale describe como una "sopa de ingredientes" que generalmente proviene de productos de desecho orgánicos, células muertas o sideróforos, moléculas que los microbios han desarrollado para unirse específicamente con el hierro.
No se sabe mucho acerca de estos ligandos atrapadores de hierro a escala del ecosistema, y el equipo se preguntó qué papel juegan las moléculas en la regulación de la capacidad del océano para promover el crecimiento del fitoplancton y, en última instancia, absorber dióxido de carbono.
"La gente ha entendido cómo los ligandos se unen al hierro, pero no cuáles son las propiedades emergentes de dicho sistema a escala global y qué significa eso para la biosfera en su conjunto", dice Braakman. "Eso es lo que hemos tratado de hacermodelo aquí "
punto dulce de hierro
Los investigadores se propusieron caracterizar las interacciones entre hierro, ligandos y macronutrientes como el nitrógeno y el fosfato, y cómo estas interacciones afectan a la población mundial de fitoplancton y, al mismo tiempo, la capacidad del océano para almacenar dióxido de carbono.
El equipo desarrolló un modelo simple de tres cajas, con cada caja representando un ambiente oceánico general con un equilibrio particular de hierro versus macronutrientes. La primera caja representa aguas remotas como el Océano Austral, que generalmente tiene una concentración decente de macronutrientes queestán levantadas del océano profundo. También tienen un bajo contenido de hierro dada su gran distancia de cualquier fuente de polvo continental.
El segundo cuadro representa el Atlántico Norte y otras aguas que tienen un equilibrio opuesto: alto en hierro debido a la proximidad a los continentes polvorientos y bajo en macronutrientes. El tercer cuadro es un sustituto del océano profundo, que es ricofuente de macronutrientes, como fosfatos y nitratos.
Los investigadores simularon un patrón de circulación general entre las tres cajas para representar las corrientes globales que conectan todos los océanos del mundo: la circulación comienza en el Atlántico Norte y se sumerge en el océano profundo, luego sube al Océano Austral y regresa ael Atlántico Norte
El equipo estableció concentraciones relativas de hierro y macronutrientes en cada cuadro, luego ejecutó el modelo para ver cómo evolucionó el crecimiento del fitoplancton en cada cuadro durante 10,000 años. Ejecutaron 10,000 simulaciones, cada una con diferentes propiedades de ligando.
Fuera de sus simulaciones, los investigadores identificaron un circuito de retroalimentación positiva crucial entre ligandos y hierro. Los océanos con concentraciones más altas de ligandos también tenían concentraciones más altas de hierro disponibles para que el fitoplancton crezca y produzca más ligandos. Cuando los microbios tienen más que suficiente hierro paradeleitándose, consumen la mayor cantidad de otros nutrientes que necesitan, como nitrógeno y fosfato, hasta que esos nutrientes se hayan agotado por completo.
Lo contrario es cierto para los océanos con bajas concentraciones de ligando: estos tienen menos hierro disponible para el crecimiento del fitoplancton y, por lo tanto, tienen muy poca actividad biológica en general, lo que lleva a un menor consumo de macronutrientes.
Los investigadores también observaron en sus simulaciones un rango estrecho de concentraciones de ligando que resultó en un punto dulce, donde había la cantidad justa de ligando para hacer suficiente hierro disponible para el crecimiento de fitoplancton, mientras que también dejaba la cantidad correcta de macronutrientessobrante para mantener un ciclo de crecimiento completamente nuevo en las tres cajas oceánicas.
Cuando compararon sus simulaciones con las mediciones de las concentraciones de nutrientes, hierro y ligandos tomadas en el mundo real, encontraron que su rango de punto dulce simulado resultó ser la combinación más cercana. Es decir, los océanos del mundo parecen tener el nivel correctocantidad de ligandos y, por lo tanto, hierro, disponible para maximizar el crecimiento del fitoplancton y consumir óptimamente macronutrientes, en un equilibrio de recursos autorreforzante y autosostenible.
Si los científicos fertilizaran ampliamente el Océano Austral o cualquier otra agua agotada con hierro, el esfuerzo estimularía temporalmente el fitoplancton para crecer y absorber todos los macronutrientes disponibles en esa región. Pero eventualmente no quedarían macronutrientes para circulara otras regiones como el Atlántico Norte, que depende de estos macronutrientes, junto con el hierro de los depósitos de polvo, para el crecimiento del fitoplancton. El resultado neto sería una disminución eventual del fitoplancton en el Atlántico Norte y ningún aumento significativo en la extracción de dióxido de carbono a nivel mundial..
Lauderdale señala que también puede haber otros efectos no deseados al fertilizar el Océano Austral con hierro.
"Tenemos que considerar todo el océano como este sistema interconectado", dice Lauderdale, quien agrega que si el fitoplancton en el Atlántico Norte se desplomara, también lo haría toda la vida marina en la cadena alimentaria que depende de los organismos microscópicos.
"Algo así como el 75 por ciento de la producción al norte del Océano Austral es alimentado por nutrientes del Océano Austral, y los océanos del norte son donde se encuentran la mayoría de las pesquerías y donde se producen muchos beneficios del ecosistema para las personas", dice Lauderdale. "Antes de arrojar cargasde hierro y extracción de nutrientes en el Océano Austral, deberíamos considerar consecuencias no deseadas aguas abajo que potencialmente empeoran la situación ambiental ".
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la National Science Foundation, la Gordon and Betty Moore Foundation y la Simons Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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