Un attomol d’oxigen per cèl•lula i dia: les condicions extremes de metabolisme microbià en dipòsits oceànics de 86 milions d’anys d’antiguitat

Damunt del fons oceànic es dipositen lentament i inexorable materials orgànics i inorgànics. En les dinàmiques d’aquesta acumulació, hi ha una certa acció dels corrents i girs oceànics, però també dels moviments de les plaques tectòniques, que són les que marquen el destí (de subducció o d’aflorament, segons els casos) d’aquests sediments.

El Gir del Pacífic Nord determina tota una gran regió d’aquest oceà que, actualment, és el més gran de tots. Amb una superfície de 20 milions de quilòmetres quadrats, podríem dir que el Gir del Pacífic Nord és l’ecosistema més estès de la Terra.

El Gir del Pacífic Nord, un dels cinc grans girs oceànics, abasta la major part de l’Oceà Pacífic entre l’equador i el paral·lel 50ºN. És determinat per l’acció de quatre corrents oceànics, el Corrent del Pacífic Nord, el Corrent de Califòrnia, el Corrent Nord-Equatorial i el Corrent de Kuroshio.

Globalment, un 35% dels fons de l’Oceà Pacífic és recobert per l’argila abissal roja. Malgrat el nom, els sediments poden tindre una tonalitat que va del bru al roig. Comparat amb altres sediments, és pobre en matèria orgànica, i els elements més abundants són l’alumini (Al), el ferro (Fe), el manganès (Mn), el níquel (Ni), el cobalt (Co), el coure (Cu) o el bari (Ba). La taxa de deposició és de l’ordre d’1 mm cada 1000 anys. Es forma habitualment en els fons situats a més de 4-5 km de fondària. L’origen dels sediments és divers. Una part del material és autígena, és a dir derivada de la transformació de materials del fons oceànic (particularment, de material volcànic), i consistent en minerals argilosos, concrecions d’hidròxids de ferro i de manganès, o zeolites. Una altra part prové de la deposició de materials d’origen continental.

El contingut de matèria orgànica de l’argila abissal roja és pobre, com hem dit, però no inexistent. Els esquelets de radiolaris i de foraminífers, però també els fragments de dents i ossos de peixos, precipiten de manera continuada damunt del fons marí. Hi queden atrapats en els sediments. Com també hi queden atrapats microorganismes diversos…

Per a aquests no sembla que sigui un ambient massa benèvol. La superfície de l’argila en contacte amb l’oceà, i els primers centímetres, encara. Però, què passa a una fondària de 30 metres, en mig de materials acumulats fa 86 milions d’anys, i que pràcticament han passat aquest temps sense cap pertorbació, ni aportació ni extracció de materials? Un article a la revista Science ha estudiat les comunitats microbianes que viuen en un indret tan inhòspit.

Els autors de l’article són Hans Røy, Bo Barker Jørgensen, del Centre de Geomicrobiologia de la Universitat d’Aarhus; Jens Kallmeyer i Rishi Ram Adhikari de l’Institut de Ciències de la Terra i Ambientals, de la Universitat de Postdam; Robert Pockalny i Steven d’Hondt, de la Universitat de Rhode Island.

Val a dir, que els sediments del fons oceànic no són de cap manera un ecosistema marginal. S’estima que el 90% de les cèl·lules bacterianes viables viuen en sediments marins. Hom troba tipologies ben diverses de metabolisme entre les comunitats microbianes dels sediments marins. Els sediments de la Mar Negra, per exemple, es troben en condicions pràcticament anòxiques. En general, però, els sediments del fons marí són exposats a l’oxigen. En els sediments amb més densitat microbiana, com els de la plataforma continental, l’oxigen és consumit per les comunitats microbianes que viuen en les capes més externes, i en qüestió de centímetres o, com a molt, uns pocs metres, regna de nou l’anòxia, i diverses formes de metabolisme anaerobi cobreixen les necessitats de les comunitats microbianes.

Però els sediments estudiats per Røy et al. són una mica diferents. El Gir del Pacífic Nord emmarca unes aigües sotmeses a les condicions climàtiques intertropicals o subtropicals. La productivitat d’aquestes aigües, allunyades de les grans masses de terra emergida, és notable. Potser l’expressió oceanogràfica clàssica de “deserts marins” és un xic exagerada. En tot cas, les dinàmiques de consum d’oxigen són diferents.

En la seva prospecció, l’equip científic va obtindre segments d’un cilindre corresponents a 30 metres d’argila roja. La part més fonda, d’acord amb les tècniques de datació, s’hi hauria dipositat fa 86 milions d’anys. Ben al mig de la Placa Tectònica Pacífica, els sediments no haurien patit cap distorsió durant tot aquest període.

Una de les dades a mesurar era la tensió d’oxigen al llarg del cilindre. Aquesta tensió d’oxigen és el resultat de la diferència entre l’oxigen difós al llarg del temps i l’oxigen metabolitzat per la respiració dels microorganismes. La caiguda progressiva de la tensió d’oxigen és molt més atenuada en aquest fons abissal que no pas en fons oceànics més superficials, perquè no hi ha grans concentracions de microorganismes que esgotin l’oxigen que difon als pocs centímetres de fondària. De fet, encara s’hi detectaven nivells d’oxigen a uns 28 metres de fondària.

De totes formes, sí hi ha una caiguda notable de consum d’oxigen. En la part més superficial del sediment, la taxa de respiració és de 10 micromols d’oxigen per litre de sediment i any. Aquesta xifra, a 30 metres de fondària, baixa en un factor de 10.000 fins a situar-se en 1 nanomol d’oxigen per litre de sediment i any.

Les comunitats microbianes de més al fons són també les més antigues, les que han quedat desconnectades abans de les aigües oceàniques. Com més al fons, més baixos són els comptatges de cèl·lules presents en el sediment. Si corregim aquesta tendència, llavors trobem que a fondàries majors de 10 metres, la taxa de respiració cel•lular és força constant, de 1 attomol d’oxigen consumit per cèl•lula i dia. Es tracta d’una taxa de respiració baixíssima. Els microorganismes presents en 1 m3 d’aquests sediments triguen 10 anys a consumir la mateixa quantitat d’oxigen, que consum un ésser humà en cada cicle respiratori.

Aquesta nanoaerofília extrema no és, però, el principal factor limitant per a les comunitats microbianes de 86 milions d’anys d’antiguitat i de 30 metres de fondària en sediment de fons abissal situats a 4-5 km per sota de la superfície marina. Aquestes comunitats microbianes viuen del consum de migradíssimes restes de matèria orgànica, fonamentalment de les restes que van quedar co-dipositades amb elles en aquells dies llunyans del Cretàcic. La respiració de la matèria orgànica, implica transformar-la en diòxid de carboni (CO2) que només parcialment serà reciclat per altres microorganismes que el fixen de nou en matèria orgànica. En tot cas, la dimensió de la comunitat microbiana és controlada per la taxa d’oxidació de matèria orgànica, i limitada per un flux energètic extraordinàriament baix. Amb tot, la comunitat microbiana és prou sostenible com per perdurar encara en el temps, i a mesura que queda més i més allunyada de la superfície (la font darrera de l’oxigen), s’hi adapta disminuint la densitat de cèl·lules per metre cúbic de sediment.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada