El treball, en el qual han participat investigadores i investigadors de l'Institut de Ciències del Mar (ICM), relaciona dades genètiques amb imatges cel·lulars per estudiar millor aquests grups de bacteris i arqueus.
Tot i que molts centren la seva atenció en el carboni a causa del paper del CO₂ en el control del clima, no ens hem d'oblidar del nitrogen. I és que, igual que el carboni, el nitrogen és un dels principals components de les nostres cèl·lules i de les de tots els organismes vius. A més, aquest element és un dels nutrients més importants, ja que la seva mancança limita el creixement tant de les plantes terrestres com del fitoplàncton marí, que és el responsable de la meitat de la fotosíntesi total del planeta.
Això pot resultar sorprenent, ja que el 80% de l'atmosfera està compost per gas nitrogen o dinitrogen (N2). No obstant això, el N2 és molt estable i resistent a les reaccions químiques, de manera que no pot ser assimilat per la majoria d’organismes. Per això, el petit però divers grup de microbis que són capaços de "fixar" l’N2 atmosfèric, és a dir, de transformar-lo perquè altres organismes el puguin fer servir, actuant com a fertilitzants naturals, és tan important.
Ara, un grup d'investigadors de l'Institut de Ciències del Mar (ICM) ha participat en un estudi publicat recentment a la prestigiosa revista Nature Communications que ofereix una visió global millorada de l'abundància, diversitat i distribució dels fixadors de nitrogen marins, un grup format per bacteris i arqueus que es coneixen també com a diazòtrofs.
Aquests organismes cobreixen un ampli espectre de grandàries -de micres a mm- a causa dels seus diversos estils de vida: cèl·lules individuals, agregats cel·lulars, colònies, vida lliure i associacions simbiòtiques. Això suposa un repte per als investigadors a l'hora de recollir-los i separar-los de les poblacions microbianes marines amb les quals coexisteixen i que són, generalment, més abundants.
No obstant això, als sistemes terrestres, on més del 90% de la fixació de nitrogen la realitzen bacteris que viuen en simbiosi amb un grup divers de plantes, els fixadors de nitrogen estan molt millor caracteritzats donada la seva vital importància per a l'agricultura. A més, l'exploració de la diversitat, activitat i distribució dels fixadors de nitrogen marins es veu dificultada per la immensitat de l'oceà global, de manera que és difícil observar-los i estudiar-los.
Les dades de l'expedició Tara Oceans
Per a la realització de l'estudi, l'equip científic va combinar dades genètiques amb imatges d’aquests organismes a l'oceà global obtingudes gràcies a l'expedició Tara Oceans, que entre 2009 i 2013 va solcar les principals regions oceàniques recollint dades oceanogràfiques i mostres de plàncton.
"Aquesta expedició va proporcionar un marc únic per revelar la distribució dels microorganismes diazòtrofs marins en tot l'oceà global, cobrint diferents fraccions de mida del plàncton i combinant grans conjunts de dades" òmics" i d'imatge", assenyala la investigadora de l'ICM Silvia González Acinas, coautora de l'estudi.
En totes les estacions es van prendre mostres d'ADN des de la superfície fins als 1.000 metres de profunditat, mentre que en alguns llocs es van incloure mostres paral·leles per generar conjunts de dades moleculars (per exemple, de seqüenciació d'ADN) i d'imatges de microscòpia. Després, mitjançant l'anàlisi de més de 2 milions d'imatges i 30 terabases de dades de seqüenciació d'ADN, es va obtenir una visió global millorada de l'abundància, diversitat i distribució dels fixadors de nitrogen marins.
"La combinació de nous mètodes i enfocaments està permetent conèixer cada vegada millor la diversitat de fixadors de nitrogen en compartiments planctònics en els quals abans no ens fixàvem. Els nostres resultats conduiran a millors estimacions dels fluxos de nitrogen a l'oceà en incorporar aquests fixadors de nitrogen recentment descoberts en models biogeoquímics predictius", comenta un altre dels coautors de l'estudi, Francisco Cornejo Castillo, que s'incorporarà a l'ICM en els pròxims mesos.
Entre les troballes més rellevants de l'estudi figuren la detecció de regions oceàniques poc estudiades on semblen coexistir múltiples fixadors de nitrogen i la identificació de fixadors de nitrogen "ultrapetits" (menys de 0,2μm).
En referència a això, l'autor principal de l'estudi, Juan Pierella Karlusich, de l'Institute of Biology de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS), apunta que "aquests resultats permetran avançar en aquest camp de la investigació en cridar l'atenció sobre aquestes noves regions d'alta densitat i els nous tipus de fixadors de nitrogen".
Amb tot, el treball posa de manifest que els enfocaments integradors de dades moleculars i d'imatges poden conduir a exploracions més precises dels microorganismes oceànics.