Casi toda la vida en la Tierra, desde la ballena azul del tamaño de un jet gigante hasta pequeños microbios, use carbono de una forma u otra.
Sin embargo, en el océano profundo, todo el carbono no se crea de la misma manera.
Mientras que algunos, como los azúcares y las proteínas, son rápidamente engullidos por los microorganismos que llaman hogar al océano, algunos, la quitina que se encuentra en las escamas de pescado y los exoesqueletos marinos, es mucho más difícil de consumir. Los científicos han creído durante mucho tiempo relativamentese come poco del llamado "carbono refractario". Gran parte simplemente cae al fondo del océano y ayuda a formar sedimentos de aguas profundas, aunque algunas pequeñas moléculas refractarias permanecen suspendidas en el océano y flotan junto con las corrientes durante miles de años..
Pero un equipo de investigadores, dirigido por el Profesor de Biología Organística y Evolutiva Peter Girguis y Suni Shah Walter, entonces becario postdoctoral en el laboratorio de Girguis, ha demostrado que los acuíferos subterráneos a lo largo de la cresta del océano medio actúan como reactores biológicos naturales, arrastrando agua de mar fría y oxigenada, y permitiendo que los microbios descompongan más, quizás mucho más, carbono refractario de lo que los científicos creían. Geociencia de la naturaleza .
"Esto tiene la posibilidad real de remodelar la forma en que pensamos sobre el ciclo del carbono en el océano profundo", dijo Girguis. "En lugar de instalar un pequeño reactor aquí en el laboratorio con quizás diez litros de agua y bombearlo para obteneralgún resultado, este es un laboratorio natural.
"Al final del día, nuestra comunidad quiere saber qué le sucede al carbono", continuó. "Sabemos que es producido en la superficie por algas fotosintéticas. Sabemos que los peces se comen algo. Sabemos que parte se hundePodemos dar cuenta de eso, pero tenemos algunos agujeros gigantes en nuestro presupuesto ".
Si bien el estudio comienza a cerrar esas brechas, también ayuda a iluminar una parte del ciclo de carbono de las aguas profundas que había sido un misterio.
"No sabemos a dónde va todo ese carbón viejo, y los acuíferos subterráneos son parte de la respuesta", agregó Shah Walter. "La mayoría de los fluidos que circulan a través de la corteza podrían verse así, simplemente no lo hicimossaber mucho sobre lo que estaba sucediendo en ellos antes "
"Este trabajo muestra que la vasta comunidad de microbios del subsuelo podría alimentarse con agua de mar que circula a través de la corteza oceánica profunda", dijo Michael Sieracki, director del programa en la División de Ciencias del Océano de la Fundación Nacional de Ciencias, que financió la investigación. "A su vez,estos microbios cambian la composición del agua de mar que luego circula de regreso al océano ".
En el corazón del sistema, dijo Girguis, se encuentra la cresta del océano medio, una cadena masiva de montañas submarinas que rodean el globo.
Una parte clave en el desarrollo de la teoría de la tectónica, en el océano profundo, el sistema de cresta actúa como una celda de convección: el agua se filtra en grietas y fisuras a ambos lados de la cresta y se calienta a medida que se acerca al eje, donde el magma está cerca de la superficie. A medida que el agua caliente se eleva, el agua de mar fría y oxigenada es arrastrada hacia las rocas, creando un acuífero submarino masivo.
Para los científicos, como Girguis, que trabajan para comprender los ciclos de carbono del océano, el acuífero representa una rara oportunidad de estudiar el océano en condiciones prácticamente ideales.
"Nuestra comprensión de dónde va el carbono en el océano es bastante rudimentaria", dijo. "Esto nos da la oportunidad de ir a este laboratorio natural y, por primera vez ... tomar una medición en el punto A y una medición enpunto B y hablar sobre lo que sucede entre ellos. Esa es una rara oportunidad en las profundidades del mar. No hay ningún lugar en el océano profundo donde podamos hacer eso en la columna de agua; es imposible porque está demasiado bien mezclado ".
Para obtener esas medidas, Girguis y sus colegas apuntaron a un sitio en el medio del Atlántico al que denominaron "North Pond".
En 2011, un equipo internacional de investigadores perforó una serie de pozos en el fondo marino del sitio y recolectó muestras de agua para identificar qué microbios llaman hogar al acuífero y si eran capaces de consumir carbono.
"Queríamos aprovechar esto y recolectar muestras de agua prístina y microbianas", dijo. "Cuando observa estos sistemas de crestas en el medio del océano y piensa en el agua que circula a través de ellos, parece que hay muchosel océano está circulando a través de este ambiente frío y oxidado ... queríamos saber qué está pasando allí con los microbios y qué está pasando con el carbono que obtienen ".
"¿Por qué nos importa?", Continuó. "Nos preocupa el destino del carbono porque el ciclo del carbono es extremadamente importante, no solo para el cambio climático, sino para ayudarnos a comprender cómo funcionan los océanos".
Pero cuando el equipo comenzó a recolectar muestras del acuífero, dijo Shah Walter, estaban sorprendidos.
"Cuando el equipo sacó los fluidos del acuífero, no esperaban que fuera tan similar al agua de mar como era", dijo Shah Walter. "Toda la planificación era para fluidos que se parecieran más a otros fluidos hidrotermales que pueden mostrar altos niveles de metano y niveles más bajos de oxígeno. Estaban preparados para medir metano, por ejemplo, pero a primera vista, los fluidos de North Pond se veían químicamente muy similares al agua de mar, así que fue cuando me detuvieron, porque mi trabajo tienese centró en el océano abierto. Así que el hecho de que este fuera un entorno único, que pudiéramos usar esta incubadora natural, quedó claro para nosotros después de que surgieron las muestras ".
Si bien Girguis y sus colegas pudieron mostrar que los microbios en el acuífero podían comer carbono, no estaba claro cuán activos eran.
"Con los datos limitados que tenemos, hemos podido demostrar que el agua entra con una cierta concentración de oxígeno y, a medida que cae, el carbono desciende en proporción directa", dijo. "Eso nos da un alto gradode confianza de que los microbios lo comen y usan oxígeno "
De hecho, dijo Girguis, es posible que los microbios estén comiendo carbono a un ritmo impresionante.
"El número que encontramos fue que se consume alrededor del 50 por ciento del carbono, pero es importante darse cuenta de que ese número es muy conservador", dijo. "Si considera lo poco que sabemos sobre este sistema ... suplicapregunta sobre qué le sucede a esta agua mientras continúa fluyendo por aquí. No es difícil imaginar que eventualmente podríamos encontrar que la mayoría del carbono se está comiendo ".
En pruebas posteriores, Girguis y sus colegas mostraron que a medida que el agua se mueve a través del acuífero durante casi 3.000 años, el carbono fácil de comer se consume rápidamente, en unos pocos cientos de años. Más importante aún, también encontraron signos de que el carbono refractariotambién estaba siendo comido
"Lo que es emocionante es que durante mucho tiempo, e incluso hoy, ha habido debates sobre la rapidez con que se puede comer carbono refractario", dijo Girguis. "Pero este laboratorio natural nos ha demostrado que no solo es estoser degradado biológicamente, pero el tiempo durante el cual se está comiendo "
En última instancia, dijo Girguis, el estudio destaca la forma en que la comprensión del océano profundo puede conducir a una mejor comprensión general del océano.
"Creemos que todo el océano circula a través de este sistema de cresta del océano medio cada 100,000 a 200,000 años", dijo Girguis. "Si todo el océano está circulando a través de este acuífero, creemos que esta es probablemente la mejor representación de un microbiano típicointeracción de agua de mar a medida que se mueve a través de ese sistema
"Hasta que tuvimos estos datos, había un gran vacío en nuestro conocimiento", agregó. "Pensamos que el agua entra aquí, y toda la acción ocurre cuando hace calor. Pero ya no creemos que sea verdad,especialmente porque estos microbios están comiendo este carbono difícil de comer "
En el futuro, Girguis y sus colegas esperan cuantificar mejor cuánto carbono se consume a medida que el agua de mar se mueve a través del acuífero, y si los minerales en la roca basáltica pueden contribuir a la capacidad de los microbios para consumir carbono refractario.
Los estudios en curso, dijo Shah Walter, están probando el acuífero en otros lugares, y para verificar si los microbios también están consumiendo partículas en el acuífero.
"La mayoría de los fluidos que circulan a través de la corteza es fría de esta manera, y hasta ahora este es el único lugar que estamos viendo, por lo que definitivamente necesitamos mirar en otros lugares", dijo. "Pero también haysigue siendo un agujero en nuestro presupuesto de carbono. Tenemos la idea de que una pieza faltante del rompecabezas es que no estábamos mirando las partículas en el agua. Creemos que podemos cerrar este agujero teniendo en cuenta el metabolismo del carbono que está ocurriendo en esospartículas "
"Esto comenzó con la intención de decir ... descubramos qué están haciendo los microbios en este acuífero frío y oxigenado, y podemos agregar esos datos a nuestra comprensión del ciclo del carbono", dijo Girguis. "Pero al mirarSegún los datos, nos sorprendieron los resultados, que nos dicen que, como era de esperar, este carbono fácil de comer se consume primero, pero luego comenzamos a ver signos del consumo de este carbono refractario.
"Eso es un gran problema", agregó. "Una forma de pensar en esto es que todas las criaturas dependen del carbono, y existe este ciclo en el que se produce y consume carbono ... pero estudiar eso en la columna de agua no es práctico. Pero tome esa agua y bombeela a través de un acuífero oxigenado subterráneo y de repente tendrá la oportunidad de observar más de cerca estos procesos ".
Esta investigación fue apoyada con fondos de la Fundación Alemana para la Ciencia, la Fundación Nacional para la Ciencia, el Programa Académico Postdoctoral WHOI y el Acuerdo Cooperativo NSF para la Operación de una Instalación NOSAMS, el Centro de Investigaciones de la Biosfera de Energía Oscura y The Gordon y Betty MooreFundación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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