Dinámica del Nitrógeno y Secuestro de Carbono en Ecosistemas Marinos

Procesos Metabólicos y el Ciclo del Nitrógeno en Ambientes Oceánicos

(Describa los procesos metabólicos principales y microorganismos involucrados en el ciclo del nitrógeno en ambientes óxicos, deficientes de oxígeno y anóxicos. ¿Cómo estos procesos modulan la distribución típica de NO3- (nitrato) y NO2- (nitrito) en la zona pelágica frente al norte de Chile que presenta una Zona de Mínima de Oxígeno?)

El anabolismo tiene que ver con la síntesis de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas, orgánicas o inorgánicas, con requerimiento de energía (reacciones endergónicas) y de poder reductor.

El catabolismo consiste en la degradación de nutrientes orgánicos transformándolos en productos finales simples, con el fin de extraer de ellos energía química y convertirla en una forma útil para la célula. La energía liberada se utiliza para la síntesis de ATP.

Etapas del Ciclo del Nitrógeno y Microorganismos

• Los procariontes fijadores del nitrógeno transforman el nitrógeno molecular en amoniaco (ambiente óxico).
• Luego, las bacterias nitrificantes convierten el amoniaco en nitratos y nitritos (ambientes deficientes de oxígeno).
• Finalmente, actúan las bacterias desnitrificantes (ambiente anóxico) que transforman el nitrato y nitritos nuevamente en nitrógeno molecular.

Estos déficits se generan por las bacterias desnitrificantes que crean las oxiclinas en las Zonas de Mínima de Oxígeno (ZMO), especialmente por microorganismos que consumen nitrito y nitrato.

Mecanismos de Secuestro de CO2: Bombas de Carbono Oceánicas

(El CO2 puede ser secuestrado por el océano principalmente a través de 3 procesos: bomba física-solubilidad, bomba de carbonatos biogénicos y bomba biológica. Defina cada uno de estos procesos y discuta cómo estos movilizan el carbono entre los distintos compartimentos del océano global, dando énfasis en los organismos y/o procesos metabólicos involucrados.)

1. Bomba de Solubilidad

La bomba de solubilidad es un proceso físico-químico que transporta carbono (como carbono inorgánico disuelto - CID) desde la superficie del océano hacia su interior. Este regula también el proceso inducido por la circulación termohalina que transporta dicho CO2 al océano profundo. Es un proceso relacionado con los ámbitos físicos del carbono, ya que, mientras más fría es el agua superficial, más CO2 se disuelve en ella.

2. Bomba Biológica

Consiste en la transformación del CID de la superficie del océano en materia orgánica (MO) en sedimentación, creando un flujo de carbono hacia el mar profundo. El fitoplancton absorbe el CO2 disuelto para sintetizar MO, alimento básico que pone en marcha las cadenas tróficas. Los restos de los organismos muertos (MO) son transportados hacia las capas más profundas de los océanos por sedimentación, donde se oxidan y se descomponen mediante bacterias descomponedoras. Este proceso de transporte de carbono desde la atmósfera hacia las aguas profundas y los sedimentos oceánicos es la bomba biológica, un bombeo continuo de carbono gracias a la actividad de los organismos en las aguas superficiales del océano.

3. Bomba de Carbonatos Biogénicos

Actúa en forma contraria a las otras dos bombas y lleva a la liberación de CO2 en la atmósfera a través de algunos organismos que necesitan sintetizar CaCO3 (carbonato de calcio) para sus esqueletos y conchas, consumiendo carbonato.

La Relación de Redfield y la Estequiometría Oceánica

Según la estequiometría de Redfield, la proporción es P : N : C = 1 : 16 : 108 (un átomo de fósforo por cada 16 de nitrógeno y 108 de carbono). Estos números son conocidos como la relación de Redfield. Esta razón entre los nutrientes es de suma importancia para la producción primaria, ya que representa un promedio de los nutrientes necesarios para que los organismos autótrofos (fitoplancton) puedan realizar sus procesos metabólicos y fabricar su propio alimento. Esta razón nos puede indicar cuál es el elemento responsable en la limitación del crecimiento del fitoplancton.

La gran variabilidad de este cociente (108:16:1 para C:N:P, respectivamente) entre regiones e incluso entre estratos de la columna de agua, surge como resultado del balance entre las rutas dominantes de ingreso y remoción de nitrógeno a los océanos. La importancia de estos flujos radica en la gran diversidad fisiológica de los microorganismos marinos, cuya intensa actividad depende sustancialmente de los requerimientos metabólicos y las condiciones oceanográficas. Cambios en los procesos involucrados en el ciclo del nitrógeno afectan la disponibilidad de este compuesto en el océano, utilizado por organismos a diferentes escalas; estas variaciones provocan un desbalance en la estequiometría de Redfield, pudiendo afectar la relación completa en el océano y a los organismos asociados.