Las bacterias pueden controlar las emisiones de gases de efecto invernadero del deshielo

El permafrost es el hielo que permanece congelado durante todo el año. Este hielo se ha ido acumulando a lo largo de miles de años, atrapando en él grandes cantidades de CO₂ y metano —gases con potente efecto invernadero— que estuvieron presentes en la atmósfera al momento de congelarse. La cantidad de carbono que almacena supera las 1,600 x 10⁹ toneladas, que es equivalente a casi todo el carbono contenido en las plantas y la atmósfera de la actualidad. Cuando el permafrost se derrite, todos estos gases son liberados a la atmósfera, agravando el problema del calentamiento global.

Sin embargo, algo que no se ha considerado ni cuantificado, es el efecto que pueden tener las bacterias que viven en el permafrost sobre las emisiones de los gases de efecto invernadero cuando el hielo se derrite. Seguro se preguntarán qué tiene que ver las bacterias con estos gases. Lo que pasa es que hay bacterias que generan metano (metanogénicas) y otras que lo consumen (metanotrofas).

En un estudio publicado en Nature, investigadores estadounidenses liderados por la Dra. Rachel Mackelprang de la Universidad Estatal de California Northridge, han reportado el análisis metagenómico de muestras de hielo provenientes del permafrost de Alaska, encontrando microorganismos involucrados con la degradación del metano y la reducción del óxido nitroso, los cuales tienen la capacidad de disminuir las emisiones de estos potentes gases de efecto invernadero que se dan durante el deshielo.

Lo que hicieron Mackelprang y sus colaboradores fue poner a derretir los bloques de hielo en una cámara a 5°C. Los análisis metagenómicos, donde se estudia los genes presentes en una determinada muestra de manera global sin la necesidad de aislar a cada uno de los organismos que la componen, fueron realizados al inicio del experimento, al segundo y al séptimo día de descongelamiento, evaluando los niveles de metano y CO₂ liberados durante todo el proceso.

Los investigadores observaron que durante los dos primeros días de descongelamiento, los niveles de metano se elevaron rápidamente, para luego empezar a descender. Para descartar la posibilidad de que el metano fuera producido por las bacterias del permafrost, Mackelprang y su equipo usaron un inhibidor de la metanogénesis llamado BES (ácido 2-bromoetano sulfónico) en uno de los bloques de hielo. Los resultados mostraron que tanto en los bloques de hielo con BES como sin BES, los niveles de metano fueron los mismos. Esto descartaba la hipótesis que el metano liberado era producido por la microbiota del permafrost.

Luego, analizaron los genes presentes en las muestras de hielo, entre ellos, los correspondientes a las secuencias 16S del ADN ribosomal (esta secuencia permite identificar las especies de bacterias presentes en una determinada muestra). Los datos obtenidos mostraron un cambio notorio en las comunidades bacterianas entre el día 2 y el día 7. Los investigadores también observaron la presencia de bacterias metanogénicas, sugiriendo que éstas juegan un rol importante en la producción de metano a temperaturas bajo cero.

Sin embargo, lo más resaltante del estudio fue que se encontraron genes de bacterias metanotrofas, principalmente el gen que codifica para la metano monooxigenasa —una enzima clave para el uso del metano como fuente de carbono. Estos genes se hacían más abundantes a medida que el permafrost se descongelaba. En otras palabras, las bacterias metanotrofas consumen el metano liberado durante el deshielo.

Mackelprang y sus colegas también observaron que, durante el derretimiento, los genes involucrados con la reducción de los nitratos aumentaban su concentración; mientras que los genes involucrados con la fijación del nitrógeno, disminuían. Esto indicaba que el N₂O, un potente gas de efecto invernadero que está atrapado en el permafrost, es reducido a N₂ (un gas inerte). Con todos estos datos, Mackelprang et al. propusieron el siguiente modelo de funcionamiento para este sistema biológico:

Los investigadores estiman que las emisiones de metano pueden reducirse hasta en un 50%, aunque la cantidad de carbono que se libera sigue siendo la misma porque  se genera una molécula de CO₂ por cada molécula de metano oxidado. Sin embargo, el efecto invernadero del CO₂ es 20 veces menor al del metano. Lo mismo ocurre con el nitrógeno —el N₂O, otro potente gas de efecto invernadero, pasa a su forma inerte (N₂).

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Referencia:

Mackelprang, R., Waldrop, M., DeAngelis, K., David, M., Chavarria, K., Blazewicz, S., Rubin, E., & Jansson, J. (2011). Metagenomic analysis of a permafrost microbial community reveals a rapid response to thaw Nature DOI: 10.1038/nature10576