The biogeochemical role of zooplankton for nitrogen and phosphorus recycling in the ocean Rol biogeoquímico del zooplancton en el reciclamiento de nitrógeno y fósforo en el océano.

Abstract

La interacción entre el metabolismo del metazooplancton y el anillo microbiano es considerado uno de los principales mecanismos que controla la cantidad, composición y el reciclaje de la materia orgánica disuelta en el océano. Zooplancton y microorganismos suelen considerarse como grupos separados a pesar de su coexistencia temporal y espacial, y su estrecha interacción. El zooplancton libera materia orgánica e inorgánica disuelta a través del consumo incompleto de su presa, la disolución de sus pellets fecales y la excreción. Sin embargo, el impacto de estos compuestos liberados por el zooplancton en los ciclos biogeoquímicos y en la estructura de la comunidad microbiana ha sido pobremente estudiado. En este trabajo, a través de un enfoque experimental, con fuentes de alimentos naturales y condiciones in situ simuladas, se determinó el rol que juegan las interacciones tróficas involucrando productores primarios y secundarios en el reciclaje de nitrógeno y fósforo en el sistema pelágico en la zona de surgencia costera del centro-sur de Chile. En primer lugar, se cuantificaron los productos excretados por copépodos alimentados con dietas naturales de tamaño fraccionado. A continuación, se evaluó la respuesta biogeoquímica de la comunidad microbiana y su estructura, en términos de células totales y activas, incluyendo la comunidad nitrificante en respuesta a los productos excretados por copépodos. En segundo lugar, se exploró la interacción simultánea entre la excreción de copépodos y la comunidad microbiana, en términos de la respuesta biogeoquímica y la composición activa en un gradiente de oligotrofia en el Pacífico Sur Occidental Tropical (WTSP por sus siglas en inglés). Nuestros resultados muestran que DON fue el principal producto de excreción, con tasas de hasta 3,7 μmol L-1 h-1 durante otoño-invierno en el centro-sur de Chile. Mientras que, en primavera/verano se excretó activamente compuestos de nitrógeno y fósforo, principalmente en forma de amonio y fósforo orgánico disuelto (DOP), alcanzando tasas de hasta 2,6 μmol L-1 h-1 y 0,05 μmol L-1 h-1, respectivamente. En ambos casos los principales productos excretados estuvieron estrechamente relacionados con el principal alimento disponible para copépodos (nanoplancton y microplancton, respectivamente). En los experimentos de otoño/invierno, el amonio fue rápidamente consumido por la comunidad microbiana. Este consumo coincidió con el aumento de los transcritos del gen amoA de arqueas (AOA) y bacterias amonio-oxidantes (AOB) en copépodos alimentados con la fracción de tamaño mayor, mientras que una comunidad microbiana diferente, probablemente heterotrófica, reaccionó a nitrógeno aportado vía excreción de copépodos, alimentados con la fracción de tamaño menor en otoño. Por otra parte, durante primavera/verano se observaron cambios en la composición de la comunidad bacteriana activa entre períodos y tratamientos, asociado a bacterias de aguas superficiales con características oportunistas como Proteobacteria y Bacteroidetes. En el WTSP, los copépodos aportaron niveles elevados de amonio, DON y DOP altamente lábiles. La excreción de copépodos estimula el proceso de remineralización (amonificación-nitrificación) y puede modificar la diversidad y la composición de la comunidad bacteriana activa, caracterizada por cambios principalmente en Alteromonadales y SAR11 en ambas regiones de estudio (archipiélago Melanesio y giro subtropical). La actividad bacteriana en presencia de copépodos se intensificó, incrementando los sustratos disponibles para el crecimiento de microbios y fitoplancton, lo cual podría proporcionar una fuente alternativa de fósforo para la floración de diazotrófos en WTSP. Concluimos que el nitrógeno y el fósforo excretados por los copépodos son utilizados directamente por las comunidades microbianas, incluidas las nitrificantes, proporcionando nitrógeno remineralizado para producción nueva y regenerada en el océano superficial en diferentes ecosistemas marinos.