El Pacífico Norte Tropical Oriental (PNT) es una zona de mínimo de oxígeno (ZMO) extensa, persistente y cada vez más intensa, que representa casi la mitad del área total de las ZMO globales. Dentro del núcleo de la ZMO (aproximadamente 350–700 m de profundidad), el oxígeno disuelto suele estar cerca o por debajo del límite de detección analítica de los sensores modernos (aproximadamente 10 nM). Los fuertes gradientes de oxígeno por encima y por debajo del núcleo de la ZMO dan lugar a una estructuración vertical de las comunidades microbianas, que también varían entre las fracciones de tamaño asociadas a partículas (AP) y de vida libre (RL). En este estudio, utilizamos la secuenciación de amplicones 16S (iTags) para analizar la diversidad y distribución de las poblaciones procariotas entre las fracciones de tamaño RL y AP, y dentro del rango de condiciones redox ambientales. Las condiciones hidrográficas en nuestra área de estudio fueron distintas de las reportadas previamente en el PNT y otras ZMO, como el Pacífico Sur Tropical Oriental (PST). Se detectaron concentraciones traza de oxígeno (aproximadamente 0,35 μM) en todo el núcleo de la ZMO en nuestro lugar de muestreo. En consecuencia, las acumulaciones de nitrito que se suelen reportar para los núcleos de OMZ estaban ausentes, al igual que las secuencias de bacterias anammox (género Brocadiales).CandidatoScalindua), que se encuentran comúnmente en los límites óxico-anóxicos en otros sistemas. Sin embargo, las distribuciones de bacterias oxidantes de amoníaco (AOB) y arqueas (AOA) y las tasas máximas de asimilación autotrófica de carbono (1,4 μM C d–1) coincidió con un máximo de concentración de amonio pronunciado cerca de la parte superior del núcleo de la OMZ. Además, miembros del géneroNitrospina, un clado bacteriano oxidante de nitrito (NOB) dominante estuvo presente, lo que sugiere que tanto la oxidación de amoníaco como la de nitrito ocurren en concentraciones traza de oxígeno. El análisis de prueba de similitud (ANOSIM) y el escalamiento dimensional no métrico (nMDS) revelaron que las representaciones filogenéticas bacterianas y arqueales fueron significativamente diferentes entre fracciones de tamaño. Con base en ANOSIM y perfiles iTag, la composición de los conjuntos PA estuvo menos influenciada por el régimen biogeoquímico predominante dependiente de la profundidad que la fracción FL. Con base en la presencia de AOA, NOB y oxígeno traza en el núcleo de OMZ sugerimos que la nitrificación es un proceso activo en el ciclo del nitrógeno de esta región de OMZ del ETNP.
Introducción
En respuesta al cambio climático en curso y a las actividades humanas localizadas, las concentraciones de oxígeno disuelto han estado disminuyendo en el océano abierto y en los sistemas marinos costeros (Breitburg y otros, 2018). La pérdida estimada de oxígeno del océano abierto durante los últimos 60 años supera el 2% (Schmidtko y otros, 2017), lo que genera preocupación por las consecuencias de la expansión de la zona con bajo contenido de oxígeno (Paulmier y Ruiz-Pino, 2009). Las OMZ de océano abierto se forman cuando la alta producción primaria superficial alimenta la demanda biológica de oxígeno en las aguas subsuperficiales que excede las tasas de ventilación física en profundidad. Las concentraciones de oxígeno en las columnas de agua de las OMZ pueden tener fuertes gradientes (oxiclina) por encima y por debajo del núcleo agotado de oxígeno, creando capas hipóxicas (típicamente entre 2 y ∼90 μM), subóxicas (<2 μM) y anóxicas (por debajo del límite de detección (∼10 nM) de dimensiones variables (Bertagnolli y Stewart, 2018). Los gradientes de oxígeno conducen a la estructuración vertical de las comunidades metazoarias y microbianas y a los procesos biogeoquímicos a lo largo de estas extensas oxiclinas (Belmar y otros, 2011).
Algunas de las tasas más altas de pérdida de nitrógeno se han registrado en las OMZ del Pacífico Norte Tropical Oriental (ETNP) y del Pacífico Sur (ETSP) (Callbeck y otros, 2017;Penn y otros, 2019), la cuenca de Cariaco permanentemente estratificada (Montes et al., 2013), el mar Arábigo (Ward y otros, 2009), y la OMZ del sistema de afloramiento de Benguela (Kuypers et al., 2005). En estos sistemas, los procesos microbianos de desnitrificación canónica (reducción heterotrófica de nitrato a intermediarios de nitrógeno y a menudo a gas dinitrógeno) y anammox (oxidación anaeróbica de amonio) conducen a pérdidas de nitrógeno que pueden limitar potencialmente la producción primaria (Ward y otros, 2007). Además, se estima que las emisiones oceánicas de óxido nitroso (un potente gas de efecto invernadero) procedentes de la desnitrificación microbiana que se produce en las OMZ representan al menos un tercio de las emisiones globales naturales de óxido nitroso (Naqvi y otros, 2010).
La OMZ del ETNP es una zona de mínimo de oxígeno grande, persistente y cada vez más intensa que representa casi la mitad del área total de las OMZ globales, está ubicada entre 0–25°N de latitud y 75 y 180°O de longitud (Paulmier y Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko y otros, 2017). Debido a su importancia ecológica, la biogeoquímica y la diversidad microbiana de diferentes regiones OMZ del ETNP se han estudiado intensivamente (por ejemplo,Beman y Carolan, 2013;Duret y otros, 2015;Ganesh y otros, 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng y otros, 2015). Estudios previos informan que el oxígeno disuelto en este núcleo de OMZ (a una profundidad de ∼250–750 m) suele estar cerca o por debajo de los límites de detección analítica (∼10 nM) (Tiano y otros, 2014;García-Robledo y otros, 2017). Sin embargo, a lo largo del margen norte de la OMZ del ETNP (ubicación del sitio de estudio ∼22°N), las concentraciones de oxígeno a 500 m pueden alcanzar promedios anuales entre 10 y 20 μM (Paulmier y Ruiz-Pino, 2009(Datos del Atlas Mundial de los Océanos 2013)1Durante la campaña de campo aquí descrita, medimos oxígeno en el núcleo de la OMZ en concentraciones suficientes (0,35 μM) para sustentar procesos microbianos aerobios, como la oxidación de amonio y nitrito, e inhibir parcialmente importantes procesos microbianos anaerobios. Se han detectado previamente procesos microbianos aerobios en capas aparentemente subóxicas o anóxicas de la OMZ del ETNP (Peng y otros, 2015;García-Robledo y otros, 2017;Penn y otros, 2019Sin embargo, los factores que controlan la distribución y las actividades de grupos funcionales específicos de microorganismos en las zonas de mínimo oxígeno aún no se comprenden completamente.
La presencia de nitrificadores donde el oxígeno es indetectable en una OMZ puede explicarse por cambios recientes en la posición vertical de la oxiclina debido a la ventilación vertical episódica de oxígeno, que puede conducir a niveles traza efímeros de oxígeno dentro de los núcleos de la OMZ (Muller-Karger y otros, 2001;Ulloa et al., 2012;García-Robledo y otros, 2017). Estas condiciones transitorias pueden ser explotadas por poblaciones aerobias o microaerófilas, incluidos los nitrificantes. Además, las partículas que se hunden desde el epipelágico (células agregadas, bolitas fecales y materiales orgánicos complejos) pueden contener niveles traza de oxígeno (Ganesh y otros, 2014). De este modo, el oxígeno y los microbios aerobios pueden transportarse a aguas que de otro modo serían anóxicas, permitiendo temporalmente que se produzcan metabolismos aerobios en asociación con partículas. Se sabe que las partículas son puntos críticos del ciclo biogeoquímico microbiano (Simon y otros, 2002;Ganesh y otros, 2014) y pueden sustentar procesos microbianos anaeróbicos o aeróbicos contrastantes que no se observan en el estado de vida libre (Alldredge y Cohen, 1987;Wright y otros, 2012;Suter y otros, 2018).
En el presente estudio, investigamos las comunidades procariotas que ocupan el margen norte de la OMZ del ETNP y los factores ambientales que probablemente influyen en su distribución vertical mediante la secuenciación de amplicones 16S (iTags) combinada con estadísticas multivariadas. Examinamos dos fracciones de tamaño: la fracción de vida libre (0,2–2,7 μm) y la fracción asociada a partículas (>2,7 μm, que incluye tanto partículas como células de protistas) a diferentes profundidades a lo largo de la oxiclina, correspondientes a condiciones redox distintas.
Podemos proporcionar sensores de oxígeno disuelto con diferentes parámetros, para que la concentración molecular pueda ser monitoreada en tiempo real. Le invitamos a consultarnos.
https://www.alibaba.com/product-detail/Wifi-4G-Gprs-RS485-4-20mA_1600559098578.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
https://www.alibaba.com/product-detail/Maintenance-Free-Fluorescence-Optical-Water-Dissolved_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
Fecha de publicación: 5 de julio de 2024