Resuelta la controversia sobre el ciclo del nitrógeno – Bitnavegantes

Referencia: ScienceDaily.com, 11 de abril 2014

Un debate de hace décadas sobre la principal forma en que el nitrógeno se elimina del océano puede estar ya resuelta. Los investigadores de la Universidad de Princeton y sus colaboradores en la Universidad de Washington, encontraron que las dos “estrategias de salida” del nitrógeno, desnitrificación y anammox, están funcionando en los océanos. El debate se centra en cómo el nitrógeno –una de las fuentes de alimento más importantes para la vida marina y un controlador del dióxido de carbono atmosférico–, se convierte de forma que puede salir del océano volviendo a la atmósfera, donde es reutilizado en el ciclo global del nitrógeno.

Publicado por: Pedro Donaire on : domingo, 13 de abril de 2014

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A la derecha, Andrew Babbin, estudiante graduado de la Universidad de Princeton, prepara un dispositivo de recogida de agua de mar conocido como rosetón. El equipo utilizó muestras de agua marina para determinar cómo se elimina el nitrógeno de los océanos. Crédito cortesía de A. Babbin.

Los investigadores han discutido sobre cuál de los dos mecanismos de eliminación del nitrógeno, la desnitrificación y la anammox, es más importante en los océanos. La cuestión quedaría como sólo una curiosidad científica, si no fuera porque tiene aplicaciones del mundo real, dado que un mecanismo contribuye más a los gases de efecto invernadero a la atmósfera que el otro

“El nitrógeno controla gran parte de la productividad del océano”, subrayó Andrew Babbin, primer autor del estudio y estudiante graduado que trabaja con Bess Ward, profesora de Geociencias en Princeton. “Entender el ciclo del nitrógeno es crucial para comprender la productividad de los océanos, así como del clima global.”

En el nuevo estudio, los investigadores encontraron que ambas “estrategias de salida” del nitrógeno funcionan en los océanos, con la desnitrificación que absorbe alrededor del 70 por ciento del nitrógeno y la anammox deshaciéndose del resto.

Los investigadores también descubrieron que esta relación 70-30 podría cambiar en respuesta a los cambios en la cantidad y calidad del nitrógeno que necesita eliminarse. El estudio fue publicado en línea esta semana en la revista Science.

Los otros dos miembros del equipo de investigación fueron Richard Keil y Allan Devol, ambos profesores de la facultad de Oceanografía de la Universidad de Washington.

El nitrógeno es esencial para la vida y el clima de la Tierra, es un elemento cuyo ciclo se mueve entre el suelo y la atmósfera, y entre la atmósfera y el océano. Las bacterias cerca de la superficie, ayudan a su transporte a través de la cadena alimenticia del océano, mediante la conversión o “fijación” del nitrógeno atmosférico en formas que el fitoplancton puede utilizar.

Sin este nitrógeno fijado, el fitoplancton no podía absorber el dióxido de carbono del aire, una hecho que está ayudando a revisar los crecientes niveles de dióxido de carbono en la atmósfera actual. Cuando las pequeñas algas marinas mueren, o son consumidas por los depredadores, su biomasa se hunde en el interior del océano donde se convierte en alimento para otros tipos de bacterias.

Hasta hace unos 20 años , la mayoría de los científicos pensaban que la desnitrificación , llevado a cabo por algunas de estas bacterias , era la manera en que el nitrógeno fijado se recicla de nuevo en gas nitrógeno . El segundo proceso, conocido como la oxidación anaerobia del amonio (anammox), fue descubierto por investigadores holandeses cuando estudiaban cómo se elimina el nitrógeno en las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Ambos procesos ocurren en las regiones del océano que están naturalmente bajos en oxígeno, o anoxia, debido a la falta local de circulación del agua y a la intensa productividad del fitoplancton que cubre dichas regiones. Dentro de los océanos del mundo, estas regiones están en el Mar Arábigo y en las costas de Perú y México.

En estos ambientes anóxicos, bacterias anaerobias se dan un banquete con el fitoplancton en descomposición, y en el proceso causan la desnitrificación del nitrato en el gas nitrógeno, que no puede ser utilizado como nutriente por la mayoría de fitoplancton. Durante este proceso, también se produce amonio, aunque los geoquímicos marinos no habían sido capaces de detectar el amonio, sabían que debía estar ahí.

Este enigma se resolvió a principios de la década de 2000 tras el descubrimiento de la reacción anammox en el medioambiente marino, en el cual las bacterias anaerobias se alimentan de amonio y lo convierten en nitrógeno.

Pero pronto apareció otro acertijo: las tasas de anammox que los equipos investigadores holandeses y alemanes midieron en los océanos parecían dar cuenta de una completa pérdida de nitrógeno, sin dejar ningún papel para la desnitrificación.

Más tarde, en 2009, el equipo de Ward publicó un estudio en el journal Nature, demostrando que la desnitrificación seguía siendo un factor importante en la devolución del nitrógeno a la atmósfera, por lo menos en el Mar Arábigo. El estudio alimentó aún más la polémica .

De vuelta en Princeton, Ward sospechaba que ambos procesos eran necesarios, la desnitrificación perdiendo amonio que luego la anammox convertía en nitrógeno.

Para resolver la cuestión, Ward y Babbin decidieron estudiar exactamente lo que estaba pasando en las aguas anóxicas del océano cuando a las bacterias se les daba el nitrógeno y otros nutrientes a su disposición.

Recogieron muestras de agua de una región anóxica del océano sureño de Baja California y trajeron los tubos de ensayo con el agua al laboratorio del barco. Trabajando dentro de un robusta y flexible bolsa para preservar el aire de la contaminación de las aguas con poco oxígeno. Babbin añadió cantidades y tipos de nitrógeno y compuestos orgánicos específicos a cada tubo de ensayo, entonces señalaban si se había producido o desnitrificación anammox .

” Hemos llevado a cabo una serie de experimentos en los que hemos añadido diferentes tipos de materia orgánica, con un contenido de amonio variables, para ver si cambiaba la relación entre la desnitrificación y anammox”, dijo Babbin. “Encontramos que no sólo no aumentó el amonio a favor de la anammox como se predijo, sino que las proporciones exactas de la pérdida de nitrógeno correspondían exactamente a como se predijo en base al contenido de amonio.”

La explicación de por qué, en los experimentos anteriores, algunos investigadores encontraban principalmente desnitrificación, mientras que otros encontraban sólo anammox, se reducía a una especie de ciclo “floración y caída” de la vida del fitoplancton, explicó Ward.

“Si tenemos una gran floración de plancton, cuando los organismos mueren hay una gran cantidad de materia orgánica que se hundirá y degradará”, dijo ella, “pero los científicos no siempre están ahí para medir esto. En otras palabras, si usted no está ahí en el momento del almuerzo, no va a poder medir estos procesos.”

Los investigadores también vinculan las tasas de pérdida de nitrógeno con el suministro de materia orgánica que impulsan esos ratios: más materia orgánica equivale a más pérdida de nitrógeno, por lo que la cantidad de material importa mucho, dijo Babbin.

Las dos vías tienen metabolismos diferentes que resultan ser importantes en el cambio climático global, dijo. “La desnitrificación produce dióxido de carbono y produce y consume el óxido nitroso, que es otro de los principales gases de efecto invernadero y también un agente de agotamiento del ozono”, declaró. “La anammox, sin embargo, consume dióxido de carbono y no tiene ningún subproducto conocido de óxido nitroso. El equilibrio entre los dos procesos, por tanto, tiene un impacto significativo en la producción y consumo de gases de efecto invernadero en el océano.”


- Fuente: Universidad de Princeton
- Publicación: A. R. Babbin, R. G. Keil, A. H. Devol, B. B. Ward. Organic Matter Stoichiometry, Flux, and Oxygen Control Nitrogen Loss in the Ocean. Science, 2014; DOI: 10.1126/science.1248364 .
- Imagen: A la derecha, Andrew Babbin, estudiante graduado de la Universidad de Princeton, prepara un dispositivo de recogida de agua de mar conocido como rosetón. El equipo utilizó muestras de agua marina para determinar cómo se elimina el nitrógeno de los océanos. Crédito cortesía de A. Babbin. - See more at: http://bitnavegante.blogspot.com/2014/04/resuelta-la-controversia-sobre-el-ciclo.html#sthash.zbKuVYlF.dpuf

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