21 de Junio de 2021
Microbiología y química

La paradoja del metano de los fondos oceánicos, resuelta

Gracias a un mejor conocimiento de las reacciones que se producen en las comunidades microbianas que consumen el metano de los sedimentos marinos, se ha logrado resolver una contradicción entre las mediciones y los modelos.

Las comunidades microbianas estudiadas se tomaron en el entorno de fuentes hidrotermales de la cuenca de Guaymas, en el golfo de California [Instituto Oceanográfico de Woods Hole].

Los sedimentos del fondo del océano son ricos en metano (CH4) que se genera al descomponerse los organismos vivos. Ciertos microorganismos extraen de ese metano el carbono y la energía que necesitan para vivir. Esas comunidades microbianas se encuentran a una profundidad donde el metano coexiste con el sulfato en las rocas. Pero las mediciones del ciclo del metano en ese medio no habían estado coincidiendo hasta  ahora con las predicciones. Gunter Wegener, del Instituto Max Planck de Microbiología Marina, en Bremen, Alemania, y sus colaboradores acaban de resolver el problema, como explican en Science Advances.

Para extraer energía del metano, las arqueas metanotrofas oxidan la molécula. Esta oxidación se produce en condiciones anaeróbicas, puesto que en los sedimentos no hay moléculas de oxígeno: va asociada a una reducción del sulfato por bacterias. Sin embargo, estas reacciones son lentas y, por lo tanto, resulta difícil estudiarlas experimentalmente. Los investigadores se valen por eso de un método indirecto, consistente en medir la razón entre las concentraciones de los isótopos estables del carbono en el metano.

El carbono 12 (6 protones y 6 neutrones) es más ligero que el carbono 13 (6 protones y 7 neutrones); debería, pues, interaccionar más deprisa y, por ello, ser consumido preferentemente en las reacciones con que se aprovecha el metano. Así, a priori, se debería observar un exceso de carbono 13 en el metano que permanece en el medio. Sin embargo, lo que se observa en la zona de transición entre el metano y el sulfato es lo contrario, un enriquecimiento en carbono 12. ¿Cómo hay que interpretarlo?

Para verlo más claro, el equipo de Gunter Wegener cultivó en el laboratorio varias comunidades microbianas sacadas de puntos cercanos a las chimeneas hidrotermales de la cuenca de Guaymas, una depresión submarina en el golfo de California, que incluyen arqueas termófilas que oxidan el metano y bacterias Candidatus Desulfofervidus auxilii, que reducen el sulfato. Los diferentes cultivos se mantenían a una temperatura de 50 grados, pero con distintas concentraciones de sulfato.

Imagen de microscopio de una comunidad microbiana compuesta de arqueas que oxidan anaeróbicamente el metano (<em>coloreadas en rojo</em>) y bacterias que reducen el sulfato (<em>en verde</em>) [Instituto Max Planck de Microbiología Marina / V. Krukenberg].

Los investigadores han visto que, cuando la concentración de sulfato es elevada, la razón entre los isótopos es precisamente la esperada, con un exceso de carbono 13. Pero para concentraciones débiles, la situación se invertía. La comunidad microbiana, sin embargo, daba buena cuenta del metano.

Los investigadores han observado entonces el detalle de las reacciones que intervienen en la oxidación anaeróbica del metano. En principio, son reversibles todas ellas, con efectos diversos en la razón isotópica del carbono. El equipo ha demostrado que según sea la concentración de sulfato, ciertas reacciones se invierten y restituyen al medio el metano que contiene carbono 12. Cuando el sulfato no abunda, el proceso de oxidación, de hecho, no llega hasta su final.

La síntesis del metano en los sedimentos y su oxidación por las comunidades microbianas entran en el ciclo global del carbono. Es, pues, de la mayor importancia saber mejor cómo actúa el fraccionamiento isotópico en las etapas de ese ciclo.

Sean Bailly 

Referencia: «Sulfate-dependent reversibility of intracellular reactions explains the opposing isotope effects in the anaerobic oxidation of methane», de Gunther Wegener et al., en Science Advances  5 de mayo de 2021: volumen 7, núm. 19, eabe4939.

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.