Quatre fases en la degradació de detritus llenyosos en els fons abissals (Ecologia mediterrània, 4/2017)

La matèria orgànica que s’enfonsa en els oceans, integrada per restes d’algues, fusta, carcasses de grans animals, etc., és recircularitzada per organismes descomponedors. Aquests recursos són la base de comunitats bentòniques notablement diverses i altament productives, que contrasten amb la imatge habitual que ofereixen els fons abissals. El projecte de recerca DIWOOD estudia específicament els organismes associats als detritus llenyosos dels fons marins. En el marc d’aquest projecte, es feren llançaments controlats de fusta la dècada passada en diferents indrets. En un estudi coordinat per Antje Boetius han analitzat la dinàmica temporal i les distribucions espacials de les comunitats bacterianes que colonitzaren aquestes fustes en diferents localitats amb emanacions fredes (de sulfurs d’hidrogen, metà, etc.) del fons marí de la Mediterrània Oriental i de la Mar de Noruega. Els resultats apareixen en un article publicat a PLoS One.

Un experiment en el fons marí

En tempestes com les que hem viscut aquests dies, rius i rieres arrosseguen una gran quantitat de fusta que acaben per abocar a la mar. Una sola tempesta pot aportar a la mar fins a 1,8-2 Tg de carboni, de la qual tan sols una petita part serà retornada en forma de detritus sobre el litoral. Per al fons marí abissal aquestes aportacions de nutrients tenen un caràcter escadusser i irregular en l’espai i en el temps. Allà on cauen prolifera una biota oportunista que reciclarà aquests recursos donant lloc a oasis de diversitat i productivitat.

Cal distingir aquestes aportacions sòlides puntuals de la pluja contínua de “manà” en forma de matèria orgànica particulada. Globalment, el flux de carboni orgànic particulat és molt més important del flux de carboni associat a la caiguda de peces “macroscòpiques”. Però localment és tota una altra cosa. Per exemple, quan en un indret del fons marí cau finalment la carcassa d’una balena grossa, això pot suposar una aportació equivalent de carboni a la que forniria la pluja normal de matèria orgànica particulada durant 2000 anys.

Els estudis sobre com es degraden les carcasses de balena en el fons marí han permès distingir quatre fases: 1) dominada per fauna carronyaire mòbil (taurons, peixos bruixa); 2) augment de la diversitat amb l’arribada d’organismes oportunístics (que aprofiten l’escampadissa de restes orgàniques); 3) la dominada per bacteris sulfofílics (que consumeixen els materials que s’han enfonsat amb una respiració anaeròbia, de reducció de sulfat); 4) la fase final d’escull.

La professora Antje Boetius, del Grup de Recerca d’Ecologia i Tecnologia Abissals, de l’Institut Alfred Wegener de Recerca Polar i Marina de Bremerhaven i de l’Institut Max Planck de Microbiologia Marina de Bremen, volgué estudiar la successió temporal de comunitats i metabolismes en els detritus llenyosos que cauen en el fons marí, particularment en zones d’emanacions fredes. A grans trets, hom coneixia ja les grans fases d’aquesta metabolització:
– una colonització inicial per part de mol·luscs bivalves de la família dels xilofagaids, que perforen la fusta.
– aquesta colonització genera superfícies que són atacades per fons cel·lulàsics.
– la colonització citada afavoreix la formació de condicions anòxiques que aprofiten bacteris fermentadors i reductors del sulfat.
– la generació de sulfur per aquests darrers bacteris constitueix la base nutritiva per a comunitats quimioautotròfiques.

El grup de Boetius, doncs, diposità fustes en diferents localitats del fons marí, en les fredes aigües de la Mar de Noruega (-1ºC de temperatura mitjana) i en les aigües temperades de la Mediterrània Oriental (14ºC). Durant tres anys recolliren mostres de la fusta.

Imatge d’un dels experiments sobre la descomposició de fusta en el fons marí. La fusta consistia en peces avets de Douglas (Pseudotsuga menziesii) d’una plantació de 30 anys d’Alemanya. Les peces de fusta foren conservades durant sis mesos abans de llençar-les, i hom comprovà abans de fer-ho que no hi hagués cap signe aparent de degradació per fons o bacteris. En cada experiment s’hi llençava un tros llarg (200 x 30 cm) al qual se li havien lligat peces més petites (30-50 x 10-15 cm) així com blocs de ciment.

Aplicant les tècniques actuals de seqüenciació es fa possible resseguir la composició taxonòmica de la fusta durant tot el procés. D’aquestes dades s’ha fet càrrec Petra Pop Ristova, llavors membre del Grup de Boetius, però que ara és al Grup de Geomicrobiologia Hidrotermal del Centre de Ciències Ambientals Marines (MARUM) de la Universitat de Bremen. Les anàlisis formals les realitzaren Ristova i Pamela E. Rossel (membre del grup de recerca de Boetius, i de l’Institut de Química i Biologia del Medi Marí de la Universitat d’Oldenburg). En la investigació també participaren dos altres membres del grup, Christina Bienhold i Franz Wenzhöfer.

L’estudi es finançà en el projecte “DIWOOD” (Diversitat, establiment i funció d’organismes associats a detritus llenyosos marins) del Setè Programa Marc de la Unió Europea, el projecte “The Ocean in the Earth System” de MARUM i el projecte DFG de les expedicions METEOR/MERIAN.

Nou experiments

En total es feren nou experiments:
– EMed-CP-wood#1. Novembre del 2006, a la Província Central del Ventall Abissal del Nil (1700 m de profunditat). Sobre sediments dins d’una àrea d’emanació freda, propera a afloraments carbonacis. Se n’extragueren mostres el novembre del 2007 i l’octubre del 2009.
– EMed-CP-wood#2. Novembre del 2006, a la Província Central del Ventall Abissal del Nil. Sobre afloraments carbonacis en una zona d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el novembre del 2007 i l’octubre del 2009.
– EMed-AMV-wood#3. Novembre del 2006, al volcà de fang submarí d’Amon (Mediterrània Oriental, a 1120 m de profunditat). Sobre sediments en una àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el novembre del 2009.
– EMed-AMV-wood#4. Novembre del 2006, al volcà submarí d’Amon (Mediterrània Oriental). Sobre sediments en una àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el novembre del 2009.
– EMed-AMV-wood#5. Novembre del 2006, a la Província Central. Sobre sediments fora de l’àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el novembre del 2007 i el novembre del 2009.
– EMed-CP-wood#6. Novembre del 2007, a la Província Central. Sobre sediments dins d’una àrea d’emanació freda, prop d’afloraments carbonacis. Se n’extragueren mostres el novembre del 2007 i el novembre del 2009.
– EMed-CP-wood#7. Novembre del 2009, a la Província Central. Sobre sediments dins d’una àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el novembre del 2009.
– NorS-HMMV-wood#1. Juny del 2007, al volcà de fang submarí de Håkon Mosby, a la Mar de Noruega (a 1120 m de profunditat). Sobre sediments dins d’una àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el juliol del 2009 i l’octubre del 2010.
– NorS-HMMV-wood#2. Juny del 2007, al volcà submarí de Håkon Mosby, a la Mar de Noruega. Sobre sediments dins d’una àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres el juliol del 2009.
– Wood-tiles-in-nets-experiments. Juliol del 2009, al volcà submarí de Håkon Mosby, a la Mar de Noruega. Sobre sediments dins d’una àrea d’emanació freda. Se n’extragueren mostres l’octubre del 2010. En aquest experiment les peces de fusta eren recobertes per diferents malles.

En cadascun dels mostreigs es prengueren fotografies i vídeos de les fustes, anotant la fauna associada. De les peces extretes hom examinà l’epifauna (superficial) i infauna (interna) abans de prendre’n mostres biològiques. També hom prengué mostres de sediments adjacents (“At-wood”) i i a 10 metres de distància (“Away-wood”). Les mostres destinades a l’anàlisi genètica foren conservades després de la recuperació en congelació a -20ºC.

Per a l’extracció d’ADN les mostres foren primer tallades en peces de menys de 3 mm amb un escalpel estèril. Les mostres d’ADN foren analitzades per amplificació de gens ribosomals i per piroseqüenciació de la regió hipervariable V4-V6 del gen 16S rRNA.

De les mostres de sediments s’analitzà la concentració de sulfurs totals pel mètode de la diamina. També s’analitzaren en algunes mostres la matèria orgànica dissolta i la seva composició química. S’avaluà in situ en sediments la captació total d’oxigen. Ex situ d’avaluaren la reducció de sulfat i el consum de metà.

La degradació de la fusta

En els experiments fets a la Mediterrània Oriental s’observa una degradació progressiva d eles peces de fusta per bivalves perforadors (Xylophaga dorsalis, Xylophaga brava). Aquesta acció comportava la formació de grans piles de virolles de 1-5 cm d’alçada, en un radi de 50 cm al voltant del tronc central. Als 3 anys, en els experiments fets a la Província Central del Ventall del Nil (en aigües territorials egípcies), ja tan sols quedaven parts de l’escorça del tronc central. En canvi, en el Volcà d’Amon (en aigües internacionals), als 3 anys, les peces enfonsades no eren pas tan degradades.

En les acumulacions de virolles es podien distingir taques enfosquides, signe de la precipitació de sulfur de ferro. Entre les virolles s’hi podien observaré garotes blanques (Asterechinus elegans), amfípodes, grans crustacis i, en menor mesura, caragols. En tota la zona s’hi podia observar un detritus blanc, atribuïble als fragments de closca dels bivalves perforadors.

Peces de fusta colonitzades per bivalves perforadors als experiments de la Mar de Noruega (a) i de la Mar Mediterrània (b). A la Província Central del Ventall del Nil, domina al principi “Xylophaga dorsalis”, per bé que després és parcialment desplaçada per “Xylophaga brava”

En els experiments de la Mar de Noruega hi havia més variabilitat en el grau de degradació de les peces de fusta. Els bivalves perforadors eren de l’espècie Xyolerdo ingolfia, que no generen virolles. La macrofauna era més pobre, integrada per uns pocs crustacis i picnogònids. L’experiment amb diferents malles protectores, indicava que la presència de malles de 0,05 mm impedia completament la colonització pel bivalves perforadors, i les malles de 0,33 mm ho feien parcialment, cosa que indicaria que l’atac a les peces de fusta el fan larves de mides superiors a 0,3 mm.

En els experiments de la Mar Mediterrània, als 3 anys, la població de bivalves perforadors de fusta havia decaigut. En canvi, havia crescut la població de sipuncúlids. Els bivalves amb bacteris simbionts quimiosintètics detectats en els experiments eren Idas modiolaeformis.

L’evolució de les comunitats bacterianes

En general, a mesura que avança el temps, decau l’abundància relativa de alfaproteobacteris i clostridis, mentre creix la de deltaproteobacteris i epsilonproteobacteris. Entre els gèneres bacterians que creixen amb el temps hi ha el planctomicet Pir4, Sulfurovum, Desulfobulbus i SEEP-SRB4. Dels 376 gèneres bacterians detectats en els experiments, tan sols 22 són presents en tots mostreigs.

Hi ha diferències entre les comunitats bacterianes dels experiments de la Mar de Noruega i de la Mar Mediterrània. Mentre a la Mar de Noruega, als 3 anys, la major abundància correspon a alfaproteobacteris, flavobacteris i gammaproteobacteris, a la Mar Mediterrània dominen els acidimicrobis i els bacteroideus.

Si la microbiota de les peces de fusta pateix grans alteracions durant els 3 anys de mostreig, més constància es detectat en l’estructura de la comunitat bacteriana que colonitza les virolles i els sediments. En els sediments en contacte amb les virolles es detecta, com hem dit, la presència de sulfur de ferro, però no es detecta activitat de reducció de sulfat o d’oxidació anaeròbia de metà. L’impacte de la fusta en la captació d’oxigen o en la composició de la matèria orgànica dissolta en els sediments es confina a un radi d’uns 50 cm.

Un model de degradació en quatre fases

D’acord amb els experiments, Ristova et al. distingeixen quatre fases:
– 1. estadi especialista (- 2. estadi oportunista (1-2 anys). Detritívors, bacterívors i depredadors són atrets a la zona per l’acumulació de biomassa. Sipuncúlids, picnogònids i garotes són característics d’aquesta fase.
– 3. estadi sulfofílic (>1-2 anys). La degradació de cel·lulosa (propiciada per fongs i bacteroidets) afavoreix condicions anòxiques que fan proliferar bacteris anaerobis reductors de sulfat (Desulfobulbus, SEEP-SRB4). Aquests bacteris generen sulfurs, que són reoxidats per organismes quimiosintètics (Sulfurovum). Part d’aquests organismes quimiosintètics hi arriben com a simbionts d’Idas i siboglínids.
– 4. estadi senescent (>2 anys). Les peces de fusta s’acaben de desintegrar. Les virolles són dispersades i soterrades. Cau la biomassa dels bivalves perforadors i amb ella la macrofauna.

L’estudi de Ristova et al. se circumscriu des del punt de mira taxonòmic als bacteris. Per completar el panorama caldria estendre aquesta anàlisi als fongs, particularment als responsables de la degradació de cel·lulosa. La cel·lulosa és el principal carbohidrat en els detritus d’origen vegetal i en el medi marí és el segon carbohidrat més important superat únicament per la quitina. No obstant, si bé els fongs són els principals descomponedors de cel·lulosa en ecosistemes terrestres, no és tan clar el seu protagonisme en el medi marí, on podrien ser superats pels bacteroidets i altres grups bacterians.

Lligams:

Temporal and Spatial Variations of Bacterial and Faunal Communities Associated with Deep-Sea Wood Falls. Petra Pop Ristova, Christina Bienhold, Frank Wenzhöfer, Pamela E. Rossel, Antje Boetius. PLoS One 12:e0169906 (2017).

Arxivat a Ciència i Tecnologia

I tu, què en penses? Deixa'ns el teu comentari!

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s

%d bloggers like this: