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Dinámica del mundo acuático: en la Tierra, las corrientes oceánicas actúan como una autopista hacia profundidades más profundas para los microorganismos

Dinámica del mundo acuático: en la Tierra, las corrientes oceánicas actúan como una autopista hacia profundidades más profundas para los microorganismos

Los investigadores tomaron muestras de comunidades biológicas y descubrieron que las intervenciones contribuyen significativamente a la exportación de carbono. — Fotografía de Cara Perelli, Estudio creativo WHOI

Nota del editor: A medida que comenzamos a explorar mundos oceánicos (que pueden estar habitados), necesitaremos comprender cómo las corrientes y otras actividades dentro de estos mares (mares que pueden eclipsar a la Tierra en profundidad y operar a través de mecanismos) son a la vez extrañas y familiares.


Según una nueva investigación, algunos de los organismos más pequeños del océano son arrastrados por corrientes submarinas que actúan como un conducto que los transporta desde la superficie soleada a profundidades más profundas y oscuras, donde desempeñan un papel enorme al influir en la química y el ecosistema del océano.

Publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias y basado en el trabajo de campo durante tres cruceros de investigación que abarcaron entre 2017 y 2019, el estudio se centra en las regiones subtropicales del Mediterráneo. Ha revelado cómo algunos organismos microscópicos unicelulares que son demasiado livianos para sumergirse a más de 100 metros aproximadamente, como el fitoplancton y las bacterias, terminan adentrándose en el océano donde no hay suficiente luz solar para que estos organismos crezcan. vivir y comer.

“Descubrimos que debido a que estos organismos son tan pequeños, pueden ser arrastrados por las corrientes oceánicas que los llevan a mayor profundidad que donde crecen”, dijo Mara Freilich, profesora asistente en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de Brown. Universidad. y ciencias planetarias, que inició el trabajo de su doctorado. Estudiante en un programa conjunto en el MIT y la Institución Oceanográfica Woods Hole. “A menudo es un viaje de ida para estos organismos, pero al realizar este viaje, desempeñan un papel crucial en la conexión de diferentes partes del océano”.

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El buque de investigación de la Alianza baja el CTD Rose para tomar muestras de comunidades biológicas submarinas. Al fondo está el barco de investigación SOCIB. – Foto de Kausalya Mahadevan.

Freilich realizó la investigación mientras obtenía su doctorado. Con Amala Mahadevan, científica jefa de Woods Hole, en estrecha colaboración con la científica jefa del Laboratorio de Biología Marina, Alexandra Z. Worden, y su equipo.

Las corrientes que encontró el equipo se llaman intrusiones y, al arrastrar pequeños organismos, ayudan a cambiar los tipos de alimentos disponibles en las capas más profundas del océano y, al mismo tiempo, transportan una gran cantidad de carbono desde la superficie del agua. Esto ayuda a alimentar a otros organismos en la cadena alimentaria del océano y aumenta la complejidad del ecosistema a grandes profundidades, afectando el funcionamiento de la vida y la química submarinas.

En general, el estudio desafía la comprensión convencional de cómo el carbono, que se convierte en materia orgánica mediante la fotosíntesis en la capa del océano iluminada por el sol, se mueve hacia las profundidades.

“La mayor parte de la fotosíntesis, mediante la cual la luz se convierte en carbono orgánico, una fuente de alimento para los organismos vivos, ocurre en los 50 metros superiores del océano, por lo que la pregunta siempre ha sido: ¿Cómo llega el carbono fijado mediante la fotosíntesis al océano? ¿Océano? Dijo Freilich. “Durante mucho tiempo se pensó que el hundimiento de moléculas ricas en carbono era la única respuesta a esta pregunta, pero lo que encontramos es que pequeños organismos unicelulares quedan atrapados en el flujo del océano para formar intrusiones… Tales intrusiones son características importantes de las zonas subtropicales. Los océanos, aunque se extienden por decenas de kilómetros en sentido horizontal, también descienden cientos de metros en sentido vertical, trayendo consigo células y carbono. Este mecanismo no se había tenido en cuenta en estimaciones anteriores sobre el transporte de carbono.

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Los investigadores descubrieron que las intrusiones ocurren durante todo el año y se originan en áreas ricas en biomasa, incluso donde los organismos similares a las plantas se encuentran en sus concentraciones más altas. Anteriormente se pensaba que las corrientes oceánicas transportaban carbono a las profundidades sólo de forma estacional. Los investigadores señalan que estas intervenciones están muy extendidas en los océanos subtropicales del mundo. Proporcionan canales para el transporte continuo de carbono y oxígeno desde el océano iluminado por el sol hasta las profundidades.

“Observamos comunidades microbianas que se parecían exactamente a las comunidades microbianas de la superficie a una profundidad de 200 metros”, dijo Freilich. “En otras áreas, creemos que esto puede ser mucho más profundo. Para nuestra sorpresa, descubrimos que la mayoría de los microbios encontrados en las invasiones eran bacterias que se alimentaban del carbono fijado por las células fotosintéticas. Esto demostró que la mayor parte de la biomasa transferida desde la superficie iluminada por el sol Las capas estaban formadas por microbios no fotosintéticos.

En cooperación entre Estados Unidos, España e Italia, los científicos realizaron tres viajes al océano Mediterráneo subtropical para realizar el estudio. Utilizaron instrumentos especiales para medir propiedades como la temperatura del agua, la salinidad y la abundancia de pequeños organismos a diferentes profundidades. Los análisis, realizados en colaboración con la ecologista microbiana Alexandra Worden en el Laboratorio de Biología Marina, ayudaron a mostrar las diferencias entre las muestras de infiltración y los remansos. Ver que las comunidades microbianas en las muestras de infiltración más profundas se parecían a las comunidades microbianas de la superficie demostró que fueron transportadas a las profundidades. Los investigadores también utilizaron modelos informáticos para simular las corrientes oceánicas y revelar cómo se mueven en el agua las comunidades de pequeñas plantas y bacterias.

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“Con datos sólidos del Mediterráneo que demuestran este proceso de canalización 3D como un mecanismo para llevar microbios pelágicos al océano oscuro en aguas más cálidas, pudimos ver rastros de exportación similar en regiones clave de océano abierto”, dijo Worden. .

Además de enfatizar la importancia ecológica de las intrusiones en la configuración de la biodiversidad oceánica, el estudio también aborda cómo las intrusiones se ven afectadas por el cambio climático. Se cree que a medida que los océanos de la Tierra se calientan, la proporción de carbono en las células pequeñas aumentará y el transporte en intrusiones puede no verse tan afectado como otros mecanismos que transportan carbono a las profundidades. Las intervenciones cambian nuestra comprensión de cómo se mueve el carbono en el océano y podrían ayudar a regular el almacenamiento de carbono y la dinámica microbiana en las profundidades del océano.

“Hay mucho que explorar ahora que hemos encontrado esto”, dijo Freilich. “El siguiente paso es tomar lo que hemos aprendido aquí y determinar si podemos usarlo para predecir cómo los cambios en la composición de la comunidad microbiana afectarán el transporte de carbono y el ciclo global del carbono en un clima cambiante”.

Las intrusiones 3D transportan poblaciones microbianas activas de la superficie al océano oscuroplátanos

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