Nitrificación en un fuerte gradiente de oxígeno asociado a la zona de mínima de oxígeno del Pacífico Sur-oriental (-21 y 23 °S).

Abstract

La nitrificación es el único proceso capaz de oxidar el NH4+ a NO3-, contribuyendo a la formación de uno de los mayores reservorios oceánicos de nitrógeno combinado. En este estudio se determinaron: a) las dos etapas de la nitrificación denominadas la NH4+ oxidación (AO) y la NO2- oxidación (NO), b) la regeneración de NH4+ (por eucariontes y procariontes) y c) la presencia y riqueza de bacterias amonio oxidantes (BAO), a lo largo de un gradiente de O2 que incluyó desde la oxiclina superficial a la ZMO (252- <5 M O2) en la zona del Pacífico Sur-oriental (PSO) frente al norte de Chile (~21 y 23°S). Las tasas de AO, NO y reciclaje de NH4+ se cuantificaron a través de la medición de los cambios en la concentración de NH4+, NO2- y NO3- y de la fijación de carbono-14 en el tiempo, bajo oscuridad y temperatura controlada (en ocasiones in situ), con la adición apropiada de inhibidores específicos para AO, NO y síntesis proteica en eucariontes. La presencia de BAO se evaluó a través de la amplificación de los genes 16S rRNA a partir de extractos de DNA bacterioplanctónicos en la columna de agua. La riqueza de las BAO fue determinada a través de la inspección del 16S rDNA en electroforesis de geles en gradiente denaturante (DGGE), su clonación y filogenia. Los resultados mostraron que las bacterias nitrificantes estuvieron activas a lo largo de todo el gradiente de O2 de la columna de agua. En la oxiclina superior (>45M O2) las tasas de nitrificación (M d-1) variaron desde el límite de detección (n.d.) a 0,4 (AO) y n.d.- 0,63 (NO). La ocurrencia de nitrificación en esta zona se asoció a una disminución en la concentración del NH4+ seguido por un máximo de NO3- (>15 M). La AO representó un 42% del NH4+ regenerado mayoritariamente vía procariontes. En el borde superior de la ZMO viii (5-45 M O2), las tasas detectadas NO (0,2-1,2) alcanzaron una mayor magnitud que las de AO (0,08-0,81), y coincidieron con una zona de NO3- reducción en la columna de agua, asociada a un incremento de NO2- (0,05 a >2 M) y disminución de NO3- (>16 a 5 M). En esta zona, las tasas de AO oxidaron un 25% del NH4+ regenerado principalmente vía eucariontes y concordaron con un máximo de N2O (>30 nM). La oxiclina superior y el borde superior de la ZMO se ubicaron en la zona fótica (1 y 0,1% luz), donde la nitrificación contribuiría entre 16 y >100% del nitrógeno requerido por la producción primaria fotosintética (0,2-8,5 g C l-1 h-1). En el núcleo de la ZMO (<5 M O2), las tasas de AO (n.d.-2,4) alcanzaron una mayor magnitud que las de NO (n.d.- 0,82), y coincidieron con una baja concentración de NH4+ (<0,2 M). Resultados moleculares demostraron la presencia de las BAO (Proteobacteria) en de todo el gradiente de O2 de la columna de agua, y de una mayor riqueza hacia la ZMO (6-17 bandas de 16S rDNA en DGGE) en comparación con la zona óxica y más iluminada. La librería de clones presentó entre 1 y 26% (total de 261 clones) de BAO, y el porcentaje restante correspondió a otras bacterias marinas no cultivadas y cultivadas. Análisis filogenéticos del 16S rDNA agruparon a las secuencias similares a BAO en el clado 1 de las Nitrosospira planctónicas, demostrando la ubicuidad de este clado en el ambiente marino. Secuencias BAO de la ZMO se agruparon separada y distantemente dentro de este clado, incorporando una mayor heterogeneidad a este grupo. En conclusión, la nitrificación es un proceso clave del ciclo del nitrógeno en la zona del PSO frente al norte de Chile, ya que contribuye a explicar la desaparición de NH4+ en la ZMO y potenciaría tanto vías de nitrógeno asimilativas (fotosintéticas) y desasimilativas (desnitrificación) de NO2- y NO3-, vías que alcanzan una gran magnitud en el área.