Origen y ciclaje del óxido nitroso (N2O) en cultivos monoclonales de microalgas marinas El caso de las clorófitas Micromonas pusilla y Nannochloris sp.

Abstract

El óxido nitroso (N2O) es un potente gas de efecto invernadero presente en la atmósfera en concentraciones traza (320 ppbv) y con un potencial radiativo 300 veces mayor que el CO2. El océano representa una fuente neta de este gas hacia la atmósfera, estimada en aproximadamente 3.9 Tg N año-1, esto equivale a un 20 % de todas la fuentes naturales globales. Los microorganismos producen N2O a través de rutas bioquímicas bien estudiadas como la desnitrificación y la nitrificación. No obstante, estudios recientes sugieren que organismos fotosintéticos también estarían involucrados en la producción de N2O y NO. Sin embargo, las vías potenciales de producción de N2O asociadas a microorganismos fotosintéticos marinos aún no han sido exploradas. Con el objetivo de inferir sobre los mecanismos responsables del ciclaje del N2O en las microalgas marinas Micromonas pusilla y Nannochloris sp. y discernir respecto a los organismos involucrados en la producción y/o consumo de este gas; se realizaron:1) análisis moleculares para evaluar si los cultivos de microalgas marinas son efectivamente monoclonales y cuáles son las características de su biota acompañante (bacterias y/o arqueas); 2) experimentos para estimar la producción de N2O en los cultivos de ambas microalgas, bajo ciclos de luz y oscuridad. Con la finalidad de dilucidar si el ciclaje de N2O estuvo asociado a las microalgas o a su biota acompañante, se realizaron incubaciones con los siguientes tratamientos:1) fracción total “FT” (microalga y su biota acompañante) y 2) fracción bacteriana “FB” (tamaño celular < 1.2 μm). Adicionalmente se realizaron incubaciones con nutrientes NO3- (FT+NO3-) y NH4+ (FT+ NH4+), y con un inhibidor del fotosistema II, 3.4-diclorofenil-1.1-dimetil urea (FT+DCMU). Los análisis moleculares indicaron que los cultivos de microalgas son monoclonales y que existe la presencia potencial de bacterias amonio oxidante. Los experimentos de evolución temporal de N2O mostraron la producción de dicho gas y que esta producción podría estar relacionado tanto a bacterias, como a microalgas marinas. Además, los experimentos de reciclaje mostraron que ambos cultivos de microalgas produjeron N2O, tanto en la fracción FB como en FT. Las mayores concentraciones fueron en horas luz para ambas microalgas; Micromonas pusilla presentó valores de 11.6 ± 1.6 nmol L-1 en FT y 8.0 ± 1.1 nmol L-1 en FB. En contraste, Nannochloris sp. que presentó valores de 7.3± 0.4 nmol L-1 en FT y de 6.9 ± 0.2 nmol L-1 en FB. En los tratamientos con adición de nutrientes (NH4+ y NO3-) las concentraciones de N2O también fueron mayores en horas luz; Micromonas pusilla presentó valores más altos en el tratamiento FT+ NH4+ (11.2 ± 1.5 nmol L-1) respecto a FT+ NO3- (9.2 1 ± 1.2 nmol L-). En contraste, Nannochloris sp. presentó valores más bajos en ambos tratamientos. En los tratamientos con la adición de DCMU, la acumulación de N2O en horas de oscuridad fue 2 y 3 veces mayor que el control en Micromonas pusilla (11.3 nmol L-1) y Nannochloris sp. (33.5 nmol L-1), respectivamente. Una posible vía de producción de N2O es a través de la inhibición de la fotosíntesis, ya que al bloquear el flujo de electrones del fotosistema II afectaría la disponibilidad de ferredoxina para la asimilación de NO2., el cual al acumularse intracelularmente sería contrarrestado a través de mecanismos de detoxificación en la forma de gases de nitrógeno, como lo son NO y N2O. Nuestros resultados indican que cultivos de Micromonas pusilla y Nannochloris sp. están involucrados en la producción N2O y que esta producción se incrementaría al inhibir la fotosíntesis. Estos microorganismos, junto a otras microalgas clorófitas, podrían tener un importante rol en el ciclo marino del nitrógeno (N2O), el cual aún no ha sido cuantificado, representando una ruta alternativa vía fotosíntesis y de asimilación de nutrientes nitrogenados en la producción del gas invernadero N2O.