Insights on the microbial carbon pump in the global ocean with spectroscopic technique

La transformacion de materia organica labil en recalcitrante a consecuencia del metabolismo de los procariotas se ha denominado Bomba Microbiana de Carbono (Jiao and Azam, 2011; Jiao et a., 2010; Ogawa et al., 2001) y puede constituir un mecanismo efectivo de almacenamiento de carbono reducido en el interior del oceano. Comprender la generacion de materia organica disuelta (MOD) recalcitrante y el papel que esta juega en el almacenamiento de carbono en los oceanos es crucial para cuantificar su relevancia en el contexto del ciclo global del carbono. En este contexto, el principal objetivo de esta Tesis Doctoral es comprobar la validez de las fracciones cromofora (CMOD) y fluorescente (FMOD) de la MOD como trazadores de la produccion microbiana de MOD recalcitrante en el oceano global. El trabajo consta de 4 capitulos y se enmarca en la expedicion de circunnavegacion Malaspina 2010, que ha hecho posible producir el primer inventario global de propiedades opticas de la MOD tanto en la capa superficial ( 200 m), organizado por masas de agua. En el oceano profundo, se trazo la edad y el envejecimiento (utilizacion aparente de oxigeno) de las principales masas de agua a lo largo de la circulacion termohalina, posibilitando la estimacion de tasas netas de produccion/consumo de CMOD y FMOD y sus respectivos tiempos de renovacion. Asi, en el Capitulo 1 se muestra que la CMOD se produce in situ a consecuencia del metabolismo microbiano (a una tasa neta global de 3.3 ± 0.5 x 10-5 m-1 por ano), presenta un tiempo de renovacion de aprox. 625 anos y se acumula en el interior del oceano debido a su naturaleza recalcitrante, mostrando un incremento de la aromaticidad y el peso molecular medio con el discurrir de la circulacion termohalina. Ademas, se identificaron dos cromoforos, uno centrado a 302 nm (cromoforo UV) y el otro a 415 nm (cromoforo Visible) (para mas detalles ver el Capitulo 2). El cromoforo UV se atribuyo parcialmente a nitrato y probablemente tambien al antioxidante gadusol y presento un tiempo de renovacion de aprox. 345 anos. El cromoforo visible se relaciona con el enzima respiratorio citocromo c y presenta un tiempo de renovacion de aprox. 360 anos. Tanto en la capa superficial como en el interior del oceano se han identificado cuatro fluoroforos ubicuos, dos de ellos de naturaleza humica (C1, C2) y los otros dos proteinica (tipo triptofano, C3, y tipo tirosina, C4) (ver Capitulos 3 y 4). Si bien la distribucion global de estos fluoroforos puede explicarse en base a ciertas variables ambientales, la robustez estadistica de dicha explicacion fue mucho mayor para los de naturaleza humica que para los de naturaleza proteinica tanto en la capa superficial como en el oceano profundo (aprox. 80% vs aprox. 30%). La distribucion del material de naturaleza humica se explico en funcion del envejecimiento del agua y mostro una correlacion potencial positiva con la utilizacion aparente de oxigeno tanto en la capa superficial como en el interior del oceano. En el interior del oceano, C1 mostro una tasa de produccion neta mayor que C2: 2.3 ± 0.2 x 10-5 frente a 1.2 ± 0.1 x 10-5 unidades raman por ano, y unos tiempos de renovacion 530 y 740 anos, respectivamente (ver Capitulo 3). Sin embargo, en la capa superficial ambas tasas fueron similares (ver Capitulo 4). En el interior del oceano, las eficiencia de conversion de C1 y C2 por unidad de oxigeno utilizada fueron mayores que en la capa superficial, probablemente debido a la fotodegradacion. En el interior del oceano, el fluoroforo tipo tirosina (C4) presento una relacion potencial inversa con la utilizacion aparente de oxigeno que permitio calcular una tasa neta de consumo de -1.1 ± 10-5 unidades raman por ano y un tiempo de renovacion de aproximadamente 460 anos (ver Capitulo 3). Por el contrario, el fluoroforo tiempo triptofano (C3) no mostro relacion alguna con el envejecimiento de las masas de agua. En la capa superficial, los fluoroforos proteinicos se vieron mas afectados por procesos fisicos, aunque la relacion positiva entre C4 y clorofila tambien implica una influencia de la actividad microbiana sobre la distribucion de este componente (ver Capitulo 4). La produccion in situ de estas fracciones de la MOD como subproductos del metabolismo microbiano, su acumulacion con el envejecimiento de las masas de agua, y los prolongados tiempos de renovacion de los componentes humicos indican el papel relevante que la bomba microbiana de carbono juega en el secuestro de carbono en el interior del oceano. Por tanto, la hipotesis inicial de esta Tesis: ? son las fracciones cromofora y fluorescente de la MOD componentes clave del reservorio de MOD recalcitrante? ha sido verificada. Igualmente, el hecho de que estos cromoforos y fluoroforos puedan usarse como trazadores de la mezcla de masas de agua y los procesos biogeoquimicos que ocurren a escala centenaria abre nuevas perspectivas acerca del almacenamiento de carbono en los oceanos. Referencias: Ogawa, H. , Amagai, Y. , Koike, I. , Kaiser, K. , Benner R. , 2001. Production of refractory dissolved organic matter by bacteria, Science, 292, 917? 20. Jiao, N. , Azam, F. , 2011. Microbial carbon pump and its significance for carbon sequestration in the ocean. In Microbial Carbon Pump in the Ocean, eds Jiao, N. , Azam, F. , Sanders, S. , Science Booklet, Supplement to Science, pp. 43? 45. Jiao, N. , Herndl, G. J., Hansell, D. A. , Benner, R. , Kattner, G. , Wilhelm, S. W. , Kirchman, D. L. , Weinbauer, M. G. , Luo, T. , Chen, F. , Azam, F. , 2010. Microbial production of recalcitrant dissolved organic matter: long-term carbon storage in the global ocean, Nature Reviews Microbiology, 8, 593-599.