Las bacterias de los lagos combaten el cambio climático
Las bacterias oxidantes de metano podrían desempeñar un papel más importante de lo que se pensaba en el equilibrio del clima, según un estudio.
Por el Instituto Max Planck de Microbiología Marina
Foto: Sorbyphoto
El metano es un potente gas de efecto invernadero que se produce con frecuencia en el mar y en el agua dulce. Los lagos, en particular, liberan grandes cantidades de este asesino volátil del clima. Afortunadamente, existen microorganismos que lo contrarrestan, esto es, son capaces de utilizar el metano para crecer y generar energía. De esta forma, evitan que se libere a la atmósfera. Estos microorganismos, conocidos como metanotrofos, se consideran por tanto un importante «filtro biológico de metano».
Los metanótrofos comprenden varios grupos de microorganismos, y aún quedan por responder muchas preguntas sobre su modo de vida. Un estudio realizado por investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen, en Alemania, y del Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (Eawag), muestra las asombrosas capacidades de algunos de estos organismos microscópicos y su papel para el equilibrio de nuestro clima, hasta ahora ignorado. El trabajo ha sido publicado en la revista Nature Communications.
Para su estudio, las investigadorss Sina Schorn y Jana Milucka, del Instituto Max Planck de Bremen, viajaron al lago Zug, en Suiza. Este lago tiene casi 200 metros de profundidad y está permanentemente libre de oxígeno a partir de una profundidad de unos 120 metros. Sin embargo, el agua sin oxígeno contiene las llamadas bacterias aerobias oxidantes del metano (MOB, por sus siglas en inglés).
Las MOB, como su nombre indica, dependen esencialmente del oxígeno. Hasta ahora no estaba claro si podían descomponer el metano en el agua sin oxígeno, ni cómo.
Por ello, el equipo de Milucka y Schorn decidió examinar más de cerca la actividad de estos microorganismos. Para su estudio utilizaron moléculas de metano (CH4) marcadas con átomos de carbono pesados (13C en lugar de 12C). Estas moléculas se añadieron a muestras de agua de lagos naturales que contenían microorganismos.
Solo un grupo bacteriano está activo sin oxígeno
Posteriormente, las científicas siguieron la trayectoria del carbono pesado en células individuales utilizando unos instrumentos especiales conocidos como NanoSIMS. Se trata de un ingenio que funciona según el principio de espectrometría de masas de iones secundarios para el análisis de características ultrafinas en biología celular y microbiología ambiental, entre otras disciplinas.
Esto les permitió observar cómo las bacterias convertían el metano en dióxido de carbono, que también es un potente gas de efecto invernadero pero menos dañino para el clima que el metano. Parte del carbono también se incorporó directamente a las células bacterianas. Así se descubrió qué células de la comunidad bacteriana estaban activas y cuáles no. Utilizando métodos modernos, como la metagenómica y la metatranscriptómica, también investigaron qué vías metabólicas utilizaban dichas bacterias.
Izquierda: visualización microscópica de MOB (rosa) y otros microorganismos (azul) del lago Zug mediante sondas fluorescentes. Derecha: Visualización de átomos pesados de carbono (13C) en la biomasa de las bacterias aerobias oxidantes del metano como signo de su actividad utilizando NanoSIMS. Cuanto más cálido era el color, más 13C absorbían las células bacterianas y más activas eran. Crédito: Sina Schorn / Instituto Max Planck de Microbiología Marina
«Nuestros resultados muestran que los MOB aeróbicos permanecen activos también en agua libre de oxígeno —dice Schorn, que ahora investiga en la Universidad de Gotemburgo (Suecia). Y añade—: Sin embargo, esto solo se aplica a un cierto grupo de MOB, fácilmente reconocibles por sus distintivas células en forma de bastón. Para nuestra sorpresa, estas células eran igualmente activas en condiciones óxicas y anóxicas, es decir, con y sin oxígeno. Por lo tanto, si medimos tasas más bajas de oxidación de metano en aguas anóxicas, quizá se deba a que hay menos de estas células especiales en forma de bastón y no porque las bacterias sean menos activas».
Versatilidad metabólica frente a la liberación de metano
Las investigadoras del Max Planck se encontraron con otra sorpresa cuando observaron más de cerca las capacidades metabólicas de este grupo de bacterias. «Basándonos en los genes presentes, pudimos determinar cómo responden las bacterias cuando el oxígeno escasea —explica Jana Milucka, jefa del Grupo de Investigación de Gases de Efecto Invernadero en el Instituto Max Planck, en Bremen. Y añade—: Encontramos genes que se utilizan para un tipo especial de fermentación basada en metano».
Si bien este proceso ya se había demostrado para cultivos MOB en el laboratorio, aún no se había estudiado en el medioambiente. Los investigadores también descubrieron varios genes para la desnitrificación, que probablemente permiten a las bacterias usar nitrato en lugar de oxígeno para generar energía.
El lago suizo Zug, que tiene casi 200 metros de profundidad y está permanentemente libre de oxígeno a partir de una profundidad de unos 120 metros. Sin embargo, el agua sin oxígeno contiene las llamadas bacterias aerobias oxidantes del metano o MOB. Foto: Sina Schorn / Max Planck Institute for Marine Microbiology
El proceso de fermentación, en particular, es interesante. «Si los MOB realizan la fermentación, es probable que liberen sustancias que otras bacterias pueden usar para el crecimiento. Esto significa que el carbono contenido en el metano se retiene en el lago durante un período de tiempo más largo y no llega a la atmósfera —dice Milucka. Y añade—: Esto representa un sumidero de carbono metano en entornos anóxicos que normalmente no se tiene en cuenta, lo que tendremos que incluir en nuestros cálculos futuros».
Reducción significativa de las emisiones presentes y futuras de metano
En este estudio, los investigadores de Bremen explican quién descompone el metano en hábitats sin oxígeno y cómo se produce esta degradación. Muestran que las bacterias oxidantes de metano son sorprendentemente importantes para mantener bajo control la liberación de metano de estos hábitats a la atmósfera.
«El metano es un potente gas de efecto invernadero responsable de aproximadamente un tercio del actual aumento global de la temperatura — afirma Schorn, que hace hincapié en la importancia de los resultados que su equipo ha publica. Y añade—: La oxidación del metano por los microorganismos es el único sumidero biológico del metano. Su actividad es, por tanto, crucial para controlar las emisiones de este gas a la atmósfera y regular así el clima global. Dado el aumento actual y previsto de las condiciones anóxicas en los lagos templados, se espera que aumente la importancia de los MOB para la degradación del metano en los lagos».
En palabras de Schorn, «los resultados del estudio sugieren que el MOB contribuirá significativamente a la mitigación de los gases de efecto invernadero y al almacenamiento de carbono en el futuro». ▪️
Información facilitada por el Instituto Max Planck de Microbiología Marina -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Schorn, S., Graf, J.S., Littmann, S. et al. Persistent activity of aerobic methane-oxidizing bacteria in anoxic lake waters due to metabolic versatility. Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-49602-5
