Mecanismos de generación de metano en la zona fótica en sistemas marinos altamente productivos.

Abstract

El metano (CH4) es el gas traza orgánico más abundante en la atmósfera con un potente efecto invernadero y tiene un tiempo de vida media de 10 años. Su concentración en este reservorio ha aumentado por un factor de 2.6 desde la era pre industrial, impactando la composición química de la atmósfera y el clima del planeta. La paradoja del CH4, i.e., la generación de CH4 en condiciones oxigenadas en el océano, ha incrementado el interés por su estudio en las últimas dos décadas, cuestionando la metanogénesis anaeróbica como la principal vía biológica de producción de CH4 y abriendo nuevos horizontes para el estudio de mecanismos de reciclaje de CH4 y los microorganismos involucrados en este proceso. Las zonas de surgencia costera, como la de Chile Central (36°S), se caracterizan por ser un sistema altamente productivo al que se le asocia altas tasas de sedimentación de materia orgánica principalmente en períodos de suboxia que conllevan a la mineralización anaeróbica y producción de CH4 en sedimentos y aguas de fondo. Esto es fundamental al analizar la magnitud de flujos de este gas hacia la atmósfera, además del origen de este gas y el rol de las comunidades planctónicas; cuyos mecanismos de generación pueden ser variados y muchos de ellos asociados al reciclaje del carbono orgánico disuelto (COD) por el bacterioplancton heterótrofo o procesos mediado por la interacción entre el fito y bacterioplancton, generando CH4 en la capa superficial, principalmente en los periodos favorables a la surgencia. El presente estudio analizó la distribución temporal de CH4 durante 12 años en una estación fija (ST18) localizada en la zona de surgencia de Chile Central (36° 0.802’ S 73° 07.750’ W) además de la tasa de producción neta de CH4 en la capa superficial oxigenada con diferentes comunidades planctónicas fraccionadas y adicionando sustratos metilados, tales como trimetilamina (TMA) y ácido metil fosfónico (MPn) bajo condiciones de luz y oscuridad, y temperatura controlados. Esto con el objeto de discernir mecanismos de acoplamiento entre fitoplancton y bacterioplancton asociados al reciclaje de este gas y sustratos orgánicos que favorecen dicho proceso. Los resultados indicaron que las mayores concentraciones de CH4 se encontraron en la capa de fondo con rangos de 4.81 a 100.86 nM (x̄ ± DS = 30.65 ± 15.44 nM). No obstante, en la capa superficial oxigenada se registró concentraciones entre 1.75 y 54.64 nM (x̄ ± DS = 14.64 ± 7.94 nM), equivalente al 6.97 y 1508.95 % de saturación a lo largo del periodo de estudio, con mayores concentraciones en periodo de surgencia, aunque no mostraron diferencias significativas (p<0.05) con el periodo no favorable a la surgencia. La zona se constituye como una fuente de CH4 hacia la atmósfera con flujos que variaron entre 1.27 y 47.02 μmol m-2 día-1 (x̄± DS = 10.94 ± 7.48 μmol m-2 día-1 ), siendo dos órdenes de magnitud mayor que el océano abierto. No se encontró una correlación positiva con la clorofila-a, no obstante, correlaciones negativas entre el CH4, y temperatura y oxígeno disuelto indican que la acumulación de CH4 puede estar asociado a las Aguas Ecuatoriales Sub Superficiales. Los experimentos de reciclaje de CH4 con aguas superficiales mostraron una tasa de producción (acumulación) neta de CH4 entre 0,02 y 0,1 nmol L -1 h -1 ; la mayor producción de CH4 se observó en la fracción del bacterioplancton (0,59 ± 0,13 nmol L -1 h -1 ) bajo condiciones de oscuridad seguida por el microplancton (0,22 ± 0,58 nmol L -1 h -1 ) en condiciones de luz, indicando mecanismos de competencia probablemente asociados al consumo de COD. La adición de sustratos metilados como TMA y MPn estimuló levemente la acumulación de CH4 en experimentos de microcosmos. Los resultados apoyan la existencia de una metanogénesis metilotrófica en la capa superficial oxigenada, la cual se intercambia con la atmósfera, pero la mayor parte del CH4 se acumula en aguas de fondo y es posteriormente advectado e intercambiado con la atmosfera por medio de la surgencia costera, corroborando la importancia de las regiones costeras en el ciclo global del CH4.