¿Sabías que los océanos son el mayor ecosistema del planeta y que los microbios representan más del 90% de toda su biomasa viva?. Los ambientes marinos, desde su superficie soleada hasta su fondo frío y oscuro, y desde los trópicos hasta los polos, están llenos de vida microbiana. Una sola gota de agua de mar contiene miles de organismos microscópicos flotantes que reciben el nombre de plancton y comprenden desde virus, bacterias y arqueas hasta organismos eucariontes.
La importancia numérica y la gran diversidad de estos microbios marinos se manifiesta en su relevancia ecológica y biogeoquímica. Los microbios planctónicos forman la base de la red alimentaria marina, realizan la mayor parte de la producción primaria global, producen más de 50% del oxígeno que respiran todos los organismos aerobios de la Tierra y son los motores que impulsan los diferentes ciclos de nutrientes en el océano.
Los microorganismos que participan en el ciclo del nitrógeno son, además, fundamentales para la salud de nuestro planeta, especialmente aquellos que habitan en los sistemas marinos pobres en oxígeno, como las llamadas “zonas de mínimo oxígeno” y las “zonas muertas”. Estas regiones oceánicas se caracterizan por tener concentraciones extremadamente bajas de oxígeno que impiden el desarrollo de organismos más grandes y complejos.
Las zonas de mínimo oxígeno están asociadas a fenómenos de surgencia, en los que las corrientes marinas ascendentes transportan aguas ricas en nutrientes a la superficie y con ello estimulan la producción primaria, es decir, la producción de materia orgánica por parte del fitoplancton. Parte de esa materia orgánica se hunde en el fondo marino y, en su camino, es degradada por microbios heterótrofos que consumen el oxígeno del medio, transformándolo en un ambiente hipóxico (con muy poco oxígeno) o incluso anóxico (carente de oxígeno).
En cambio, las zonas muertas se originan principalmente por la llegada masiva de nutrientes que se emplean como fertilizantes en la agricultura, es decir, es un problema ambiental ocasionado por la actividad antropogénica, con importantes repercusiones negativas en los ecosistemas marinos, como la proliferación de algas nocivas y la muerte de peces.
A continuación exploraremos brevemente el fascinante mundo de los microbios que ciclan el nitrógeno y sus relevantes funciones en estos ambientes marinos escasos en oxígeno, sus implicaciones en el clima global y cómo estudiamos en el laboratorio de Ecología Microbiana Acuática del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la UNAM estos seres invisibles pero poderosos héroes de nuestros océanos.
¿Por qué es trascendental el ciclo del nitrógeno marino?
El nitrógeno es un elemento químico esencial para todos los seres vivos porque forma parte de las proteínas y los ácidos nucleicos. Sin embargo, el nitrógeno es a menudo un nutriente limitante en los ambientes marinos, lo que significa que el crecimiento de los organismos está limitado por la baja cantidad de nitrógeno disponible en esos ecosistemas. De hecho, la forma de nitrógeno más abundante en nuestro planeta es la forma gaseosa, N2, que no puede ser utilizada por la mayoría de los microorganismos. La razón es que N2 tiene dos átomos de nitrógeno unidos por un triple enlace (N≡N) y necesitan una enorme energía para romperlo. Afortunadamente, en la naturaleza está la solución: el ciclo del nitrógeno.
Este ciclo biogeoquímico es llevado a cabo por diferentes tipos de microbios que convierten el N2 en formas biológicamente disponibles, como el amonio (NH4+) o el nitrato (NO3-). Estas formas de nitrógeno son utilizadas por el fitoplancton, que es la base de la red trófica marina. Por lo tanto, este ciclo es crucial para la supervivencia de los seres vivos.
Los microorganismos involucrados en el ciclo del nitrógeno en los sistemas marinos deficientes en oxígeno
La cantidad de oxígeno en el océano es un factor crítico que influye en los microorganismos involucrados en el ciclo del nitrógeno. En ambientes marinos limitados en oxígeno, como las zonas muertas que se producen en el golfo de México y las zonas de mínimo oxígeno del mar Arábigo y del Pacífico, en frente de México y de Chile, se crean unas condiciones ideales para los microorganismos anaerobios, es decir, aquellos que no requieren oxígeno para sobrevivir. En estos sistemas marinos destacan cuatro tipos principales de microorganismos con reacciones especializadas que les permiten ciclar diferentes compuestos nitrogenados (fig. 1).
