Una investigación revolucionaria publicada en la prestigiosa revista Science nos brinda una visión más profunda de cómo las corrientes oceánicas, conocidas como la circulación de vuelco global, desempeñan un papel crucial en la configuración de la diversidad y función de la vida microbiana en todo el Océano Pacífico Sur. Este estudio, liderado por científicos de instituciones de renombre como el J. Craig Venter Institute (JCVI), Scripps Institution of Oceanography en UC San Diego y la University of California Berkeley, representa el mapa genético más detallado hasta la fecha, revelando cómo las comunidades microbianas están estructuradas por el movimiento físico del agua oceánica.

Profundidades del océano y la influencia de las corrientes

Los vientos y las tormentas afectan el océano solo hasta una profundidad de aproximadamente 500 metros (1.640 pies), lo que es apenas un octavo de la profundidad total del océano de 4.000 metros (13.125 pies), explica la autora principal del estudio, Bethany Kolody, quien se graduó en oceanografía en el Scripps Institution y actualmente es investigadora postdoctoral en Cal. Por debajo de los 500 metros de la superficie, las corrientes son impulsadas por diferencias en la temperatura y salinidad del agua, lo que afecta su densidad, creando la circulación de vuelco global. Esta circulación actúa como una cinta transportadora, llevando agua – y los microbios dentro de ella – a través de vastas distancias y profundidades.

"Hasta ahora, no estaba claro si estas masas de agua eran también ecosistemas microbianos distintos", afirmó Kolody. "Ahora podemos responder a esa pregunta con un rotundo 'sí'".

El equipo de investigación recolectó más de 300 muestras de agua a lo largo de un transecto desde la Isla de Pascua en el Pacífico Sur hasta la Antártida, abarcando toda la profundidad del océano. Utilizando técnicas avanzadas de metagenómica y metabarcoding, reconstruyeron genomas para más de 300 microbios e identificaron decenas de miles de especies microbianas adicionales utilizando una técnica de "huella dactilar" molecular que examina genes altamente conservados: el gen 16S rRNA para procariotas (que incluye bacterias y arqueas) y el gen 18S rRNA para eucariotas.

Sus descubrimientos revelaron un patrón sorprendente: la diversidad microbiana aumenta drásticamente a unos 300 metros (1.000 pies) por debajo de la superficie del océano en una zona que ellos llaman la "filoclina procariótica". Esta capa, similar a una picnoclina (una zona de rápido cambio de densidad), marca la transición de las aguas superficiales de baja diversidad a las ricas comunidades microbianas de las profundidades marinas.

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Seis cohortes microbianas y zonas funcionales

El estudio, publicado el 10 de julio de 2025, identificó seis "cohortes" microbianas distintas, tres de las cuales corresponden a profundidades y las otras tres se alinean con las principales masas de agua: Agua Antártica de Fondo (Antarctic Bottom Water), Agua Profunda Circumpolar Superior (Upper Circumpolar Deep Water) y Agua Profunda del Pacífico Antiguo (Ancient Pacific Deep Water). Cada cohorte contiene especies microbianas y genes funcionales únicos, moldeados por la temperatura, la presión, los niveles de nutrientes y la edad del agua.

Por ejemplo, la cohorte del Agua Antártica de Fondo incluye microbios adaptados a ambientes fríos y de alta presión, con genes que ayudan a mantener la fluidez de la membrana y la resistencia al estrés oxidativo. En contraste, la cohorte de agua antigua – encontrada en agua de circulación lenta que no ha visto la superficie durante mil o más años – alberga microbios con genes que permiten la vida en ambientes con bajo contenido de oxígeno y la degradación de compuestos de carbono complejos y de baja energía.

Más allá de la taxonomía, los investigadores también mapearon el potencial funcional de las comunidades microbianas. Identificaron diez "zonas funcionales" basándose en la presencia de genes metabólicos clave. Estas zonas corresponden a características oceanográficas como áreas de surgencia (upwelling), gradientes de nutrientes y zonas de mínimo oxígeno.

Las zonas superficiales eran ricas en genes para la fotosíntesis, la asimilación de hierro y la fotoprotección – rasgos esenciales para la vida en la parte superior y soleada del océano. Las zonas más profundas contenían genes para la degradación de moléculas orgánicas complejas, la supervivencia en condiciones de bajo oxígeno y la tolerancia al estrés ambiental.

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Papel clave de los microbios en el ciclo del carbono de la Tierra

Los microbios son los impulsores del ciclo oceánico del carbono. Convierten el dióxido de carbono en compuestos orgánicos (fijación de carbono), reciclan nutrientes y ayudan a secuestrar carbono en el mar profundo (secuestro de carbono). Comprender cómo sus comunidades están estructuradas por la circulación oceánica es crucial para predecir cómo el cambio climático podría alterar estos procesos.

"El estudio proporciona una base para cómo los ecosistemas microbianos están organizados bajo las condiciones oceánicas actuales", dijo Andrew Allen, autor principal del estudio y oceanógrafo microbiano en JCVI y Scripps Oceanography. "A medida que el cambio climático impacta la circulación de vuelco global, la distribución y función de estas comunidades microbianas podrían cambiar, con consecuencias desconocidas para el ciclo global del carbono".

Al combinar datos genómicos con mediciones físicas y químicas, los científicos pueden construir un atlas global y resuelto por especies de la vida oceánica, lo cual es esencial para comprender y proteger el ecosistema más grande del planeta.

"Este estudio es un recordatorio de que la vida en los ecosistemas oceánicos está, en parte, impulsada por patrones y procesos fundamentales que nos son desconocidos", añadió Allen. "Verlos y comprenderlos requiere que los examinemos con más sensibilidad, cuidado y minuciosidad. Los avances reportados en este estudio son el resultado de un esfuerzo verdaderamente interdisciplinario que involucra a oceanógrafos físicos, oceanógrafos biológicos y biólogos genómicos que trabajaron muy estrechamente. Agencias, como la National Science Foundation, que apoyan la investigación ecológica fundamental interdisciplinaria en las ciencias de la vida y de la tierra, siguen siendo esenciales para nuestra capacidad de comprender los factores que controlan la distribución, diversidad, metabolismo y evolución de los organismos en la naturaleza."

Los autores abogan por la inclusión del muestreo molecular en programas globales de monitoreo oceánico como GO-SHIP.

Además de Andrew Allen, los investigadores de Scripps Oceanography que participaron en el estudio incluyen a Zoltán Füssy, Sarah Purkey y Eric Allen.

El estudio completo, "Overturning circulation structures the microbial functional seascape of the South Pacific", fue publicado en la revista Science. Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation, Simons Foundation, National Institutes of Health, Emerson Collective, Gordon and Betty Moore Foundation y Chan Zuckerberg Initiative.

Fuente: University of California