9 Minute
Cercetătorii au descoperit comunități microbiene surprinzătoare care trăiesc sub gheața marină arctică — organisme care dețin instrumentele genetice necesare pentru a extrage azotul din atmosferă într-un loc în care nu ne așteptam. Aceste descoperiri pot avea efecte în lanț asupra rețelelor trofice arctice și pot influența proiecțiile globale privind carbonul și clima.
Fabrici ascunse de azot sub gheață
Azotul constituie aproximativ 78% din atmosfera Pământului, dar majoritatea organismelor nu-l pot folosi în forma sa moleculară (N2) până când nu este transformat în forme biologic accesibile, precum amoniacul (NH3) sau ionul amoniu (NH4+). Microbii care catalizează această conversie sunt numiți fixatori de azot (diazotrofi) și reprezintă o componentă de bază a multor ecosisteme, furnizând un nutrient esențial pentru producători primari.
Decenii la rând, oceanografii au presupus că acești microbii fixatori de azot — în special cei care alimentează procese marine la scară largă — se limitează la regiuni calde, bine luminate ale oceanelor, unde fotosinteza susține activități microbiene intensive. Arctica, cu temperaturile sale scăzute, lumina redusă și gheața marină groasă, părea ostilă pentru aceste procese. Totuși, cercetări recente conduse de Lisa von Friesen de la Universitatea din Copenhaga contestă acea ipoteză și extind considerabil aria posibilă pentru fixarea azotului marin.
Analizând mostre colectate din Oceanul Arctic Central și din sectorul arctic eurasiatic, echipa lui von Friesen a detectat numeroși diazotrofi non-cianobacteerieni (NCD): bacterii care posedă gene implicate în fixarea azotului, dar care nu se bazează pe fotosinteză pentru energie. Deși cercetătorii nu au măsurat încă activitatea de fixare a azotului în mod direct în fiecare probă, distribuția acestor microorganisme și potențialul lor genetic sugerează puternic că ele contribuie la ciclul azotului în regiunea arctică.
De ce contează pentru ecosisteme și climă
Aceste microorganisme nu sunt doar o curiozitate microbiologică izolată. NCD-urile pot furniza azot exploatabil algelor planctonice; aceste alge reprezintă, la rândul lor, principala sursă de hrană pentru crustacee mici, care susțin pești mici și în cele din urmă prădători mai mari. În termeni simpli: o creștere a disponibilității azotului ar putea încuraja producția de algă, ceea ce ar putea întări întregul lanț trofic arctic, de la producătorii primari până la mamifere marine și păsări marine.
„Se credea că fixarea azotului nu poate avea loc sub gheața marină deoarece se presupunea că condițiile de viață pentru organismele care fixează azotul erau prea nefavorabile,” spune von Friesen. „Ne-am înșelat.” Această remarcă subliniază o schimbare conceptuală în înțelegerea biogeochimiei polare: microbii heterotrofi sau microaerofi pot susține procese de fixare a azotului acolo unde fotosinteza este limitată.
Există și implicații climatice importante. Algele consumă dioxidul de carbon (CO2) în timpul creșterii; dacă disponibilitatea azotului crește și conduce la mai multă biomasă algală, Oceanul Arctic ar putea capta mai mult CO2 din atmosferă. „Dacă producția de alge crește, Oceanul Arctic va absorbi mai mult CO2 deoarece o cantitate mai mare de CO2 va fi legată în biomasă algală,” explică ecologul microbian marin Lasse Riemann — cu observația de rigoare că sistemul este complex și pot apărea feedback-uri care să compenseze sau să modereze acest efect.
Cercetătorii au observat de asemenea că marginile gheții marine (zona marginală a gheții) tind să găzduiască concentrații mai mari din acești microbieni fixatori de azot și indicii de activitate mai intensă de fixare. Această distribuție este semnificativă deoarece ghețea arctică se micșorează și devine mai fragmentată pe măsură ce clima se încălzește. Suprafețele deschise ale mării și zonele marginale extinse pot crea habitate noi sau extinse care favorizează diazotrofii non-fotosintetici, amplificând potențial impactul lor asupra ciclurilor locale de nutrienți și asupra productivității primare.
Context științific și pași viitori
Până recent, majoritatea modelelor care descriu ciclul azotului marin și retroacțiunile climatice nu au luat în calcul o fixare robustă a azotului în Arctică. Von Friesen și colegii susțin că modelele climatice și biogeochimice viitoare ar trebui să includă explicit activitatea de fixare a azotului arctic pentru a îmbunătăți predicțiile privind captarea carbonului, schimbările în structura rețelelor trofice și schimburile atmosferice de gaze.
Următorii pași esențiali includ măsurători directe ale ratelor de fixare a azotului în diferite condiții de gheață (de exemplu, sub gheață continuă, în zone marginale și în apa liberă), experimente care să urmărească cum azotul fixat de NCD-uri ajunge efectiv în biomasa algală și integrarea acestor procese în modele regionale și globale ale sistemului climatic. Tehnic, aceasta implică utilizarea unor metode riguroase precum traseazătorii cu 15N2 pentru a cuantifica ratele de diazotrofie, metagenomică și metatranscriptomică pentru a identifica genele active (de ex. genele nifH ca markeri ai potențialului de fixare a azotului), precum și evaluări ale condițiilor fizice și chimice care controlează activitatea microbiană.
Samplingul îmbunătățit, acoperind anotimpurile și perioadele de topire rapidă din timpul verii arctică, va clarifica când și unde acești microbi sunt cei mai activi. De exemplu, topirea primară de la începutul verii poate elibera nutrienți și materia organică care alimentează comunitățile microbiene, iar fragmentarea gheții poate crea zone cu gradient mare de lumină și oxigen, unde NCD-urile pot prospera. Experimentele de laborator și in situ care manipulează nivelurile de oxigen, sursele de carbon organic și disponibilitatea de fier sau fosfor (elemente esențiale pentru activitatea enzimei de fixare a azotului) vor fi utile pentru a înțelege controlul limitant asupra fixării în mediul arctic.
Mai mult, integrarea acestor procese microbiene în modelele de fluxuri de carbon (de exemplu, modul în care o parte din producția primară ajunge în fluxurile de carbon exportate în adâncuri prin „pompa biologică”) va necesita colaborare strânsă între microbiologi, modelatori și oceanografi fizici. Astfel de eforturi pot ajusta estimările bilanțului de carbon al regiunii și pot influența proiecțiile pe termen lung ale schimbărilor climatice regionale.
Aviz de la experți
„Descoperirea diazotrofilor sub gheața marină schimbă imaginea ecosistemelor polare,” afirmă dr. Maya Henderson, biogeochimist marin la Polar Research Institute. „Dacă aceste bacterii sunt active, ele pot modifica balanțele de nutrienți și fluxurile de carbon într-o regiune care se încălzește mai rapid decât media globală. Modelele care omit acest proces riscă să subestimeze răspunsurile biologice arctice și retroacțiunile lor climatice.”
Declinul gheții marine și impactul potențial asupra ratelor de fixare a azotului. (von Friesen et al., Commun. Earth Environ., 2025)
Pe măsură ce oamenii de știință adună mai multe date de teren și integrează procesele microbiene în modele, rolul fixatorilor de azot din Arctică va deveni mai clar. Pentru moment, prezența lor sub gheață amintește că, chiar și în cele mai reci și întunecate colțuri ale planetei, pot exista forme de viață surprinzătoare — iar aceste organisme pot avea un impact mult mai mare decât dimensiunile lor microscopice ar sugera, influențând productivitatea primară, fluxurile de nutrienți și bilanțurile de carbon la scară regională și posibil globală.
În termeni practici, aceste descoperiri au implicații pentru monitorizarea arctică și pentru politica legată de pescuit, conservare și adaptarea la schimbările climatice: o schimbare în productivitatea primară sau în structura rețelei trofice poate modifica resursele piscicole, păsările marine și mamiferele care depind de lanțurile trofice arctice. De aceea, comunitatea științifică recomandă coordonare internațională pentru campanii de cercetare arctică, pentru dezvoltarea unor protocoale standardizate de măsurare a diazotrofiei și pentru includerea noului set de procese în scenariile climate modeling.
Limitările actuale includ incertitudini legate de rata efectivă de convertire a azotului atmosferic în forme utilizabile, stabilitatea pe termen lung a acestor populații microbiene în condiții arctice variabile și modul în care alți factori, precum disponibilitatea fosforului sau a fierului, pot controla aceste procese. De asemenea, este esențial să înțelegem tono-ul temporal: sunt aceste activități sezoniere, episodice legate de topire sau persistente pe tot parcursul anului? Răspunsurile la aceste întrebări vor determina dacă rolul lor în sechestrarea carbonului și susținerea rețelei trofice este marginal sau substanțial.
În concluzie, integrarea datelor moleculare (gene și transcriptomică), măsurătorilor directe de proces (traceri izotopice, măsurători de consum) și a observațiilor fizico-chimice (salinitate, oxigen, nutrienți) va oferi o imagine mai robustă a rolului fixatorilor de azot arctici. În mod ideal, aceste date vor fi utilizate în versiuni îmbunătățite ale modelelor oceanice și terestre, îmbunătățind capacitatea noastră de a prezice răspunsurile la schimbările climatice în regiuni polare sensibile.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu