Oceanografía microbiana: cuantificación de la contribución de microorganismos en los ciclos de C y N (NanoSIMS)

La cuantificación de la contribución de microorganismos marinos a los ciclos de carbón y nitrógeno y su respuesta para predecir el calentamiento de los océanos es uno de los principales desafíos de la oceanografía microbiana. Los autores del presente estudio investigaron el efecto del calentamiento (4 °C más en el ambiente) en un ecosistema templado en las actividades celulares específicas de células heterotróficas* y autotróficas marinas y la correspondiente transferencia de C y N entre células simples. Se incubaron muestras de agua de mar in-situ y mayor temperatura en la presencia de sustratos indicadores de isótopos estables (gas 13CO2 para autótrofos y leucina 15N para heterótrofos). El NanoSIMS se utilizó para cuantificar la captación de C y N mediante células de vida independiente así como también la agrupación de bacterias de fitoplancton, definidas aquí como bacterias físicamente vinculadas con el fitoplancton.

NanoSIMS isotope analysis: C and N uptake by marine microorganism

Arriba: Comparación entre el enriquecimiento isotópico 13C y 15N para todas las celdas microbianas analizadas con bicarbonato 13C y leucina 15N (líneas descontinuadas = abundancias naturales de isótopo). Cada punto representa una célula, con enriquecimiento obtenido por la integración de píxeles de la región de interés definida en las imágenes de NanoSIMS. Las imágenes de enriquecimiento del NanoSIMS muestran heterótrofos identificados (izquierda) y uno autótrofo (derecha, identificado por la flecha).

Abajo: Amplificación de una agrupación de bacterias de fitoplancton (físicamente vinculados) de la incubación caliente.
(a) Correlación positiva entre las tasa de incorporación de 13C de células de fitoplancton y aquellas de sus células bacterianas adjuntadas, (b) Correlación positiva similar entre las tasas de incorporación de 15N de bacterias y aquellas de las células de fitoplancton a las cuales se adjuntaron.
Imagen: dos bacterias heterotróficas conectadas a una célula de picofitoplancton.

marine-microorganism-C-N-cycle

Resultados: La temperatura elevada aumentó una fijación total de C en más del 50 %, una fracción pequeña pero significativa que fue transferida a heterótrofos en un tiempo de 12 h. La vinculación de célula a célula duplicó la captación secundaria de C mediante bacterias heterotróficas y aumentó la incorporación de N secundario mediante autótrofos en un 68 %. El calentamiento también aumentó la abundancia de fitoplancton con heterótrofos adjuntados en un 80 % y promovió la transferencia de C de fitoplancton a las bacterias en un 17 % y transferencia de N de bacterias a fitoplancton en un 50 %.

Los resultados del estudio indicaron que la FIJACIÓN de bacterias de fitoplancton proporciona una VENTAJA ECOLÓGICA para la incorporación de nutrientes, lo que sugiere una RELACIÓN MUTUA que parece MEJORARSE CON EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA.

Fuente: Elevated temperature increases carbon and nitrogen fluxes between phytoplankton and heterotrophic bacteria through physical attachment. Nestor Arandia-Gorostidi, Peter K Weber, Laura Alonso-Sáez, Xosé Anxelu G Morán y Xavier Mayali. The ISME Journal (2016), 1–10.

* Léxico básico:
-Autótrofo: organismo que produce compuestos orgánicos complejos de materia inorgánica y mineral presentes en su entorno, generalmente a través de la luz (fotosíntesis) o reacciones químicas inorgánicas. Ej.: plantas, algas, cianobacterias, bacterias reductoras de azufre...
- Heterótrofo: organismo que usa carbón orgánico para crecer, no es capaz de fijar el carbón de fuentes inorgánicas (como el dióxido de carbono). Ej.: animales, hongos, bacterias, etc.