Los grandes emisores de carbono en las aguas de la Amazonia son microorganismos

La mayor parte del carbono que circula en los lagos, las vegas y las llanuras inundables de la selva no proviene del fitoplancton, de invertebrados o de peces sino de la trama alimentaria microbiana

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – Investigadores brasileños han verificado en el marco de un nuevo estudio que la trama alimentaria microbiana responde por la mayor parte del carbono que circula en los lagos, las vegas y las llanuras inundables de la Amazonia. 

“En nuestro trabajo arribamos a la conclusión de que la cantidad de carbono que circula en la trama alimentaria microbiana de las zonas anegables amazónicas es hasta diez veces mayor que el carbono circulante en la cadena alimentaria clásica, que abarca al fitoplancton y al zooplancton”, dijo Hugo Miguel Preto de Morais Sarmento, docente del Departamento de Hidrobiología de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en Brasil.

Este estudio, que contó con el apoyo de la FAPESP, salió publicado en la revista Hydrobiologia. 

A causa de su enorme extensión, la Amazonia cumple un papel fundamental en el ciclo del carbono del planeta. Y debe comprendérselo para conocer las dimensiones y las consecuencias de los cambios climáticos globales. De allí la importancia de cuantificar las existencias y los flujos de biomasa de las diversas cadenas alimentarias amazónicas, ya sean terrestres o acuáticas.

La mayoría de los estudios que apuntan a cuantificar el ciclo de carbono en la Amazonia parten del análisis de la biomasa terrestre (plantas y animales) o de la biomasa existente en el agua de los grandes ríos, como el Solimões. 

Pero hasta ahora en pocos trabajos científicos se ha investigado la participación de la biomasa presente en las aguas de las regiones anegables −que abarcan nada más ni nada menos que el 20% de todo el bioma amazónico− en el ciclo del carbono. Y esos estudios tienen en cuenta únicamente el ciclo de carbono de la cadena alimentaria clásica, que comprende al fitoplancton (productores primarios) y al zooplancton, a los peces y a los invertebrados (consumidores primarios, secundarios y detritívoros). 

Pero en este nuevo estudio, se investigó la llamada trama alimentaria microbiana, referente a las interacciones tróficas combinadas entre todos los microorganismos existentes en ambientes acuáticos, lo que comprende a las bacterias, las algas microscópicas (fitoplancton), los microorganismos unicelulares, tales como los ciliados (protozoos) y flagelados, y los invertebrados.

“Nuestro trabajo apuntó a verificar y cuantificar en el sistema amazónico las interacciones en la trama alimentaria microbiana en dos momentos: en la estación húmeda, cuando el nivel de las aguas es más elevado y la trama alimentaria es más sencilla (hay menos interacciones), y en la estación seca, cuando la cantidad de agua es menor y la trama alimentaria se vuelve más compleja, con más interacciones”, dijo Preto de Morais Sarmento. 

A los efectos de recolectar el material necesario para la realización del estudio, los investigadores fueron al Puruzinho, un lago sumamente estrecho y sinuoso de casi 8 kilómetros de longitud ubicado en un afluente del río Madeira, en el estado brasileño de Amazonas. A finales del mes de mayo de 2014, extrajeron 30 muestras de agua a alrededor de medio metro por debajo de la superficie, durante el final de la época lluviosa en la Amazonia, cuando las áreas inundadas llegan a su nivel máximo, y al final del mes de octubre del mismo año, durante la estación seca, cuando el nivel del lago es el más bajo. 

"El lago es poco profundo: a lo sumo llega a 11 metros. Por ende, no existe una diferencia relevante en la composición microbiana de las aguas recolectadas a medio metro, a 2 ó a 5 metros de profundidad, toda vez que la columna de agua es homogénea. Sería distinto si el lago fuese más profundo, con la formación de dos o más capas de agua a una temperatura distinta y con oxígeno disuelto de modo diferente ", dijo Preto de Morais Sarmento. 

Una biodiversidad desconocida

En el laboratorio se procedió a hacer el conteo de la cantidad de bacterias, fitoplancton, ciliados y flagelados y zooplancton presentes en las muestras.

Preto de Morais Sarmento explica que en un mililitro de agua del lago (equivalente a tres gotas), se espera encontrar alrededor de un millón de bacterias. Los virus, en tanto, que son mucho menores (y que no se contaron en el trabajo), son alrededor de diez millones. En cuanto al fitoplancton, hay alrededor de diez mil en la misma cantidad de agua. En el caso del zooplancton, se trata de organismos mucho mayores, y a algunos incluso puede vérselos a simple vista. Por eso lo que se espera es encontrar alrededor de diez animales del zooplancton en un litro de agua del lago.

“En los casos del fitoplancton y del zooplancton, el conteo se realiza con un microscopio óptico invertido, contando y midiendo los organismos uno por uno. En el caso de las bacterias, usamos el citómetro de flujo, el mismo aparato que se emplea en los laboratorios de análisis clínicos para contar la cantidad de plaquetas y glóbulos de la sangre”, dijo el investigador.

Otro paso importante de la investigación consistió en efectuar la tamización (screening) genómica, de manera tal de determinar cuáles son los distintos grupos de bacterias presentes en la muestra, tal como se lo describe en otro artículo publicado recientemente por el mismo laboratorio en la revista Freshwater Biology (Flood pulse regulation of bacterioplankton community composition in an Amazonian floodplain lake). Este trabajo mostró que las bacterias, además de ser numerosísimas, son sumamente diversas y varían sobremanera de tamaño. 

Para estimar el total de carbono existente en las muestras de manera precisa, fue necesario verificar cuáles eran los grupos de bacterias presentes y las cantidades de cada una de ellas, de manera tal de poder inferir cuánto aporta cada grupo de carbono en el cómputo general.

“La tamización genómica reveló otro dato sumamente interesante. Alrededor del 60% de las bacterias presentes en las muestras pertenecía a especies y géneros aún desconocidos. A muchos microorganismos sólo los identificamos al nivel de las familias. Sus géneros siguen siendo desconocidos. Esto demuestra que aún es mucho lo que no se sabe acerca de la biodiversidad microbiana existente en los ríos y lagos de la Amazonia”, dijo Preto de Morais Sarmento. 

El siguiente paso consistió en estimar el total de la biomasa microbiana (del carbono) existente en promedio en cada mililitro de agua del lago Puruzinho, recolectada en la estación lluviosa y en la estación seca.

De este modo, los investigadores pudieron constatar la diferencia de un orden de magnitud entre las cantidades de carbono de la trama alimentaria microbiana en las aguas del lago (en promedio 245,5 microgramos por litro) y de la cadena alimentaria clásica (24,4 microgramos por litro), formada por fitoplancton y zooplancton.  

En otras palabras, el 90% de la cantidad de carbono existente en el lago Puruzinho circula en la trama alimentaria microbiana. Si esa misma relación sirve de parámetro para estimar el total de carbono circulante en la trama alimentaria microbiana de todas las áreas anegables de la Amazonia, lo que se verifica es que, desde cualquier punto de vista, la cantidad de carbono existente en la zona está aún muy subestimada.

Otro dato curioso que surgió del análisis general de los resultados fue la constatación de que la gran mayoría de los microorganismos de la trama alimentaria microbiana del Puruzinho, tanto en diversidad como en lo que hace a la cantidad de carbono acumulado, está conformada por heterotróficos, es decir, consumidores primarios, secundarios y detritívoros.

Los microorganismos autotróficos –las algas unicelulares que constituyen el fitoplancton y que efectúan fotosíntesis– totalizan un volumen incompatible con el sostén de la trama alimentaria del lago.

De acuerdo con el estudio, los productores primarios microbianos del lago no existen en cantidad suficiente como para metabolizar el carbono necesario para sostener la trama alimentaria allí existente. La duda reside en saber de dónde proviene la mayor parte del carbono que utilizan los consumidores microbianos primarios y secundarios.

“Nuestra hipótesis indica que la mayor parte del carbono existente en las aguas del Puruzinho proviene de las hojas, de material en descomposición y de partículas orgánicas del humus y de la hojarasca de la selva circundante”, dijo Preto de Morais Sarmento. 

“En ausencia de la trama trófica microbiana, todo ese carbono se acumularía en el fondo del lago y quedaría secuestrado en el lodo y en el sedimento. Pero lo que se verifica es que gran parte del carbono que se escurre desde las orillas es reciclado en la cadena microbiana y regresa a la atmósfera bajo las formas de dióxido de carbono y metano, que son gases de efecto invernadero. Cada elemento de esta trama trófica participa en el ciclo de carbono en la atmósfera”, dijo.  

Ahora que los investigadores saben cuáles son los integrantes de la trama trófica microbiana en el lago Puruzinho, los próximos pasos de la investigación consistirán en descubrir qué están haciendo aquellas bacterias. 

“Pretendemos entender la relación de la materia orgánica terrestre con los sistemas acuáticos y saber de dónde proviene toda la materia orgánica consumida en el lago. Queremos también saber específicamente qué se produce en el lago y qué llega a él desde de la selva, de manera tal entender mejor los flujos de carbono en la Amazonia”, dijo Preto de Morais Sarmento.

Participaron en la investigación publicada en la revista Hydrobiologia científicos de las universidades federales brasileñas de Juiz de Fora, Río de Janeiro y Rondônia, y de la Universidad del Estado de Río de Janeiro. Este trabajo también contó con el apoyo del gobierno federal brasileño, a través del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) y de la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes).

El artículo intitulado Plankton community interactions in an Amazonian floodplain lake, from bacteria to zooplankton (doi: https://doi.org/10.1007/s10750-018-3855-x), de I. B. Feitosa, V. L. M. Huszar, C. D. Domingues, E. Appel, R. Paranhos, R. M. Almeida, C. W. C. Branco, W. R. Bastos y H. Preto de Morais Sarmento, se encuentra publicado en: link.springer.com/article/10.1007%2Fs10750-018-3855-x. Y el artículo Flood pulse regulation of bacterioplankton community composition in an Amazonian floodplain lake (doi: 10.1111/fwb.13198) de Melo, M. L.; Bertilsson, S.; Amaral, J. H. F.; Barbosa, P. M.; Forsberg, B. R.; Preto de Morais Sarmento, H., 2018., está publicado en el siguiente enlace: onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/fwb.13198.