Fermentación en la zona de mínimo oxígeno frente a Concepción (36°S) y su implicancia en el ciclo del carbono.

Abstract

Las Zonas de Mínimo Oxígeno juegan un rol preponderante en los ciclos globales del carbono y el nitrógeno en los cuales intervienen una amplia variedad de especies químicas de acuerdo a su grado de oxidación y diferentes procesos microbianos. La alta disponibilidad de materia orgánica así como episodios de agotamiento severo de O2 hacen de este sistema un potencial nicho biogeoquímico para la ocurrencia de procesos fermentativos en la columna de agua. La fermentación puede ser definida como la utilización de un compuesto orgánico en la ausencia de un aceptor de electrones externo, involucrando la producción de metabolitos reducidos implicados en el metabolismo terminal de la degradación de la materia orgánica. En este trabajo estudiamos la ocurrencia, estacionalidad e intensidad de fenómenos de fermentación en la columna de agua de la Zona de Mínimo Oxígeno frente a Concepción durante un ciclo anual, así como interpretamos las fluctuaciones de las condiciones de óxidoreducción del registro sedimentario, y determinamos si la variación estacional de las concentraciones de O2 en la columna de agua inciden en la estructura de la comunidad arqueana-pelágica. Patrones verticales y temporales en la distribución y abundancia de GDGTs fueron observados. Las concentraciones de GDGTs fueron altas en el agua subsuperficial (sobre 36 ng/l) durante el periodo de no-surgencia, siendo dominados por GDGT-0 (46%) y crenarqueol (48%). Discrepancias entre temperaturas derivadas desde TEX86 y temperaturas in situ fueron observadas en aguas sub-superficiales suboxicas/anoxicas. Los metabolitos fermentativos acetato e isobutirato fueron los compuestos dominantes en la columna de agua en concentraciones promedio de 0,1 μM, y más concentrados en las capas más profundas de la columna de agua donde las condiciones de suboxia y/o anoxia fueron más intensas (i.e., < 30 μM O2). Correlaciones significativas fueron encontradas entre actividad fermentativa, O2 y estacionalidad (p < 0,05; Kruskal-Wallis ANDEVA). Etanol, acetato, y CO2 fueron producidos en incubaciones ex situ, bajo condiciones anaeróbicas fermentativas con glucosa como fuente de carbono demostrando el potencial fermentador de la comunidad procarionte del sitio de estudio. La actividad fermentativa de aminoácidos fue evidenciada mediante la formación de ácidos carboxílicos volátiles y CO2. Por otra parte, la evolución del perfil de aminoácidos durante la incubación indicó que la reacción de Stickland es la posible vía metabólica fermentativa de este material. La oxidación asimilativa de acetato a CO2 con la consecuente reducción de Fe(III)s y SO4 - bajo condiciones anaeróbicas experimentales sugiere un activo rol de la fermentación en la biogeoquímica del carbono acoplada a los ciclos del hierro y el azufre en la columna de agua. Biomarcadores orgánicos procariontes y metales sensibles a cambios de óxido-reducción mostraron correlaciones significativas (p<0,05; Spearman) en el registro sedimentario (ca. 110 años), sugiriendo la ocurrencia de un prolongado periodo de ca. 35 años de condiciones muy bajas de O2 frente a Concepción, aparentemente relacionado a la variacion inter-decadal de baja frecuencia de la Oscilación Decadal del Pacífico. Estos resultados implican que la comunidad procarionte ha sido modulada por cambios en la oxigenación de la columna de agua del centro-sur de Chile.